实验名称：基于尾波干涉的含缺陷焊缝损伤发展监测

　　研究方向：

　　焊接技术作为一种基本的工艺方法，已广泛应用于航空、土木等各个工业领域［１，２］。然而，受焊接材料、工艺以及结构形式等因素影响，在焊接结构的焊缝处存在着裂纹、未焊透等各种缺陷。其中，未焊透缺陷是一种常见的焊缝缺陷，它能减少焊缝有效承载面积并降低焊接接头的强度。在长期荷载条件下，缺陷处很容易产生应力集中，出现塑性变形，甚至成为裂纹源，最终导致焊接结构的失效。因此，对焊缝中的未焊透缺陷进行有效及时的检测以及实时的质量监测，排除一些潜在的危险源，提前预防损伤的进一步发展，对保证焊接结构的安全性和可靠性具有重要的工程与经济意义。

　　实验内容：

　　为了监测焊缝处缺陷损伤的发展，需要用压电陶瓷发射超声波，并在焊缝另一端进行接收。在焊缝结构循环加载下，缺陷会发生变化，进而改变超声波多重散射波的传播路径。本文应用超声波的尾波干涉理论对焊缝损伤进行监测，并利用波形伸缩法对尾波的变化做量化评估。根据平均伸缩系数指标的变化，可以实现对焊缝缺陷在循环加载下的发展进行监测，焊缝监测原理图如图所示。ＰＺＴ１压电陶瓷发射超声波，ＰＺＴ２压电陶瓷进行接收。在被接收前，超声波会在试件内部发生多重散射，形成干涉波。通过对干涉波中尾波部分的分析，可以得出焊缝处缺陷的损伤状况。

　　测试系统：

　　实验设备包括一台ＭＴＳ疲劳加载机，一台配有示波器和任意波形发射器的集成机箱、高压功率放大器（ATA-2021H）以及一台搭载ＬａｂＶＩＥＷ数据采集软件的电脑

　　结论：

　　本文提出了一种基于压电传感器的尾波干涉方法，对不同循环荷载次数下由未焊透缺陷引起的微小损伤变化进行监测。首先通过循环加载实验的结果可得，随着循环次数的增加，在相同加载力的作用下，ＭＴＳ轴向位移在逐渐增大，表明试件出现微小的塑性变形并且逐渐变大。然后对尾波干涉实验得到的时域接收信号进行分析，对比了每个试件不同循环次数下的整体波形、直达波波形以及尾波波形，结果表明相对于直达波，不同循环次数下的尾波信号之间具有明显的走时偏移；接下来，使用波形伸缩法进一步对不同尾波之间的走时偏移进行计算，得到了每个试件不同循环次数下的互相关系数，以及互相关系数最大值所对应的伸缩系数εｍａｘ，即尾波的相对波速变化值。根据３次重复实验结果，得到了每个试件在不同循环次数下的平均伸缩系数εｍａｘ绝对值的变化趋势，发现随着循环次数的增加，平均伸缩系数εｍａｘ绝对值，即尾波相对波速的变化值逐渐增大，总体上具有一致的变化规律。根据循环次数与平均伸缩系数εｍａｘ绝对值的对应关系，可以看出通过对尾波相对波速变化值的计算，可以很好地反映出试件不同时刻下由未焊透缺陷引起的微小变化，实现对试件的损伤程度的量化分析。

　　图：在不同伸缩系数下的平均值

　　ATA-2021B功率放大器参数指标：

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　　本文实验案例参考自知网论文《基于尾波干涉的含缺陷焊缝损伤发展监测》