超声应力仪是什么无损检测设备？

超声应力仪是一种基于超声波原理的无损检测（NDT）设备，主要用于测量材料或结构中的残余应力和应用应力，而无需破坏被测对象。它通过分析超声波在材料中的传播特性（如声速、声时、衰减等）来间接计算应力分布，广泛应用于工业制造、航空航天、核电等领域。以下是其核心要点解析：

一、工作原理

1. 声弹性效应

• 超声波在材料中的传播速度与材料内部的应力状态相关：拉应力会降低声速，压应力会提高声速。

• 通过测量**临界折射纵波（LCR波）或表面波（Rayleigh波）**的声时差，计算应力值。

2. 检测方式

• 双探头法：发射探头与接收探头对称布置，测量声波穿过应力区的传播时间差。

• 单探头回波法：利用回波信号分析应力引起的声速变化（适用于厚壁工件）。

二、核心功能与特点

1. 测量对象

• 残余应力：焊接、铸造、热处理等工艺导致的内部应力。

• 服役应力：结构在载荷作用下的实时应力分布。

2. 技术优势

• 非破坏性：无需切割或钻孔，保留工件完整性。

• 高精度：可达±10 MPa（依赖校准和材料一致性）。

• 快速高效：单点测量仅需数秒，支持现场检测。

3. 局限性

• 需已知材料的声弹性系数（需预先标定）。

• 受表面粗糙度、温度影响较大，需配合耦合剂使用。

三、典型应用场景

1. 焊接结构

• 检测焊缝残余应力，预防裂纹和变形（如压力容器、管道）。

2. 航空航天

• 评估飞机起落架、发动机叶片等关键部件的应力集中。

3. 轨道交通

• 钢轨、车轮的服役应力监测，防止疲劳失效。

4. 增材制造（3D打印）

• 监控打印过程中的层间应力，优化工艺参数。

四、设备构成与主流厂商

1. 主要组件

• 超声探头：高频探头（通常2-10 MHz），适配不同材料。

• 信号处理单元：提取声时、振幅等参数。

• 软件系统：应力计算模型、数据可视化（如彩色应力云图）。

2. 代表厂商

• 美国：Proto Manufacturing（便携式X射线衍射仪，部分超声应力仪）。

• 德国：Karl Deutsch（超声残余应力检测系统）。

• 日本：奥林巴斯（OmniScan系列多技术集成设备）。

• 中国：中科创新（手持式超声应力仪）。

五、与其他应力检测技术的对比

六、发展趋势

1. 智能化

• 结合AI算法自动修正温度、材料差异的影响。

2. 便携化

• 手持式设备集成蓝牙/Wi-Fi，实时传输数据至移动终端。

3. 多技术融合

• 超声+电磁（如巴克豪森噪声）联合应力分析。

七、标准与规范

• 国际标准：ASTM E2515（超声残余应力测量方法）。

• 行业规范：航空航天（NAS 410）、核电（ASME Section V）。

总结

超声应力仪是残余应力检测的重要工具，尤其适合现场快速评估和工业在线监测。尽管其精度略低于X射线衍射法，但凭借无损、高效的特点，在制造业质量控制和结构安全评估中具有不可替代的优势。未来随着算法和传感器的升级，其应用范围将进一步扩大。