脉冲涡流-电磁超声复合检测方法的可靠性评估

金属结构广泛应用于现代工业的各种领域,在其从生产、制造到服役各个阶段都有可能产生各类复杂缺陷。例如金属结构的表面和底部都出现复合缺陷的情况,单一的电磁无损检测方法难以满足所有需求。而使用两种或多种具有针对性的电磁无损检测方法进行检测,又存在检测效率低、成本高等问题。为解决这一难题,本文开发了一种新型的脉冲涡流-电磁超声一体化复合检测方法。该复合检测方法仅需使用一套检测系统和检测探头,基于同时解调出的电磁成分和超声成分,即可同步检测出金属结构的表面缺陷和底部缺陷,大大简化了实验系统,提高了复合缺陷的检测效率。此外,基于检出概率开发了一种可靠性评估方法,对脉冲涡流-电磁超声复合检测方法的检测能力进行评估。通过数值模拟和实验对脉冲涡流-电磁超声复合检测方法进行检出概率分析,以确定复合缺陷检测的最小可检尺寸。

刀具前角对超声复合加工成形切屑组织与性能的影响

超细晶纯铜作为重要的基础材料和功能材料成为当前金属材料的研究热点,本工作在大应变挤压-切削法(Large strain extrusion machining,LSEM)的基础上提出超声复合切削法(Ultrasonic compound cutting,UCC)来制备超细晶纯铜。超声复合切削中刀具前角是影响切屑应变、晶粒尺寸、位错密度及性能的关键要素,为了研究刀具前角对纯铜切屑组织和性能的影响,基于ABAQUS软件建立超声复合切削三维有限元模型,分析切削变形区等效应变、等效应变率和切削温度的变化;设计单因素试验,分析刀具前角和超声振动对切屑微观组织、位错密度和显微硬度的影响。结果表明:随着刀具前角的增加,等效应变和切削温度逐渐减小,等效应变率会先增大后减小。与LSEM切屑相比,加入超声振动后切屑晶粒细化程度和位错密度均提高,硬度增加5%。当刀具前角为30°时,切屑晶粒由粗晶细化至亚微米级拉长晶,宏观硬度从基体的92.5HV提高至131.8HV;当刀具前角为15°时,晶粒进一步细化为等轴细晶,位错密度为1.14×10^(13)m^(-2),硬度提高至184.3HV,此时纯铜切屑的硬度符合Hall-Petch关系。

超声复合焊接研究现状及科学问题

超声复合焊接是功率超声应用的重要方向之一。由于超声独特的物理化学与力学效应,改变或改善了传统焊接工艺的效果,甚至解决了传统焊接无法克服的问题,因此,该技术在制造工业中具有潜在的应用前景。但是,目前的研究偏重超声复合焊接工艺效果,在超声能与焊接能复合机制方面的研究不够深入,对该方法能够达到的水平不清楚。综述超声复合焊接中三种主要方法——超声复合电弧焊、超声复合钎焊和超声复合搅拌摩擦焊的工艺原理、特点及成果,归纳与总结焊接工艺中超声场作用下液态金属凝固行为、固态金属流变成形行为、液态钎料合金与母材的界面行为,提出目前研究中所存在的主要科学问题及建议未来应关注的几方面内容,希望对该领域的基础研究及工程应用提供有价值的参考。

氮化硅陶瓷水下激光与超声复合加工方法及其机理研究

陶瓷材料具有强度高、硬度大、耐高温、耐腐蚀、耐磨损等优点,但同时也具有难加工的缺点。研究水下激光去除材料的热学模型与氮化硅水解反应,建立水流辅助超声与激光复合加工试验装置,分别开展不同条件、不同参数下对氮化硅的刻槽加工试验,并采用影像仪和电子显微镜对刻槽深度与表面质量观测比较,应用能谱仪检测生成物成分,综合分析加工机理。研究结果表明在有水辅助激光加工氮化硅过程中,因水的冷却作用减少了激光去除材料的有效能量,刻蚀深度随之变小,但激光作用区的温升加剧氮化硅水解,同时水流带走二氧化硅等生成物,促使加工表面质量明显提高;在水下激光与超声复合加工中,超声振动加大了氮化硅表面水的对流与物质的抛出,提高了刻蚀速率。

激光超声复合切削硬质合金的刀具磨损及其对工件表面质量的影响

基于激光加热辅助切削和超声椭圆振动切削提出了激光超声复合切削加工工艺。采用聚晶立方氮化硼(PCBN)刀具对YG10硬质合金进行了常规切削,超声椭圆振动切削,激光加热辅助切削和激光超声复合切削对比试验。检测了刀具磨损量、刀具磨损形貌、工件表面粗糙度以及工件表面形貌,并通过扫描电镜(SEM)对刀具磨损区域进行了能谱分析,同时研究了激光超声复合切削硬质合金时PCBN刀具的磨损及其对工件表面质量的影响。最后,与常规切削、超声振动切削及激光加热辅助切削进行了对比试验。结果表明:激光超声复合切削时刀具使用寿命显著增加,加工后的工件表面粗糙度平均值分别降低了79%、60%和64%,且工件表面更加平整光滑。激光超声复合切削硬质合金时,PCBN刀具的前刀面磨损表现为平滑且均匀的月牙洼磨损,后刀面磨损表现为较窄的三角形磨损带和较浅的凹坑和划痕;刀具的失效机理主要为黏接磨损、氧化磨损和磨粒磨损的综合作用。

低功耗声/超声复合传感器节点设计

针对具有全向感知能力的有向传感器网络(DSN)节点功耗较高的问题,设计制作了声与超声波复合全向感知节点。低功耗被动声探测器利用目标声信号幅值的变化趋势,判断目标相对于节点的运动情况,唤醒由5组超声波测距单元组成的阵列,测量5个固定方向上的距离,从而实现目标车辆的定位。然后分析了系统功耗和基于目标轨迹的全向感知模型,并进行了相关试验。结果表明:节点能够感知半径为20 m区域内的目标,在半径6 m的范围内判断目标轨迹。节点功耗减小66.7%,大幅度延长了能源受限节点的值守时间,满足无线传感器网络的应用需求。

带有加工工具的超声复合变幅杆的优化设计

鉴于传统的带有加工工具的超声复合变幅杆求解方法的不准确性,运用有限元法,设计带有加工工具的复合变幅杆,并对其进行动力学分析,包括模态分析、谐振分析;并在此基础上进行优化设计。在保证其突变处工作应力在其材料许用应力范围的前提下,得到其固有频率等于工作频率时复合变幅杆的最佳放大倍数及谐振长度;运用有限元法,分析了工具头的长度,直径对于整个变幅杆谐振长度、放大倍数的影响,为设计更多的复杂形变幅杆提出了一种新的思路。

微细群电极的电火花超声复合反拷加工技术

针对LIGA制作微细群电极工艺复杂、价格昂贵的缺点,提出微细群电极的电火花超声复合反拷加工技术.根据微细电火花放电的机理,利用微细群孔放电反拷来制作微细群电极.基于微细群电极反拷电加工时圆柱电极不能旋转的特点,在加工中复合了超声振动,并在理论分析的基础上,系统地研究超声振动对微细群电极反拷电加工的影响.得到一系列3×3的微细群电极和由这些群电极制作的微细群孔,单电极直径小于30μm,长径比大于10,表面光洁,有很好的同轴度.

超声复合振动系统中的“局部共振”现象──20年来的应用和机理分析情况

本文作者及当时合作者在《应用声学》的创刊号中报道了超声振动系统中“局部共振”现象的发现及其一项应用．２０年来，国内一些作者或者分别介绍了本现象在不同场合的应用，或者分别分析了这个现象的机理．值此《应用声学》庆祝创刊２０周年之际，本文回顾了这些前期工作，提出了自己的一种关于机理的观点，并对“局部共振”现象的实用意义作了新的评价，希望能进一步促进这个现象的应用和对它的讨论．

电火花-超声复合技术制备镍微米空心球的研究

采用电火花-超声复合技术,以电火花放电过程裂解及超声空化效应所产生的气泡为模板制备微米金属空心镍球,通过扫描电子显微镜、真密度比重仪、振实密度仪、豪斯纳比等对镍微粒在气泡球面的生长过程、镍空心球的成型机理和不同镍空心球的成型原因进行分析和研究,阐述了基于液相基底表面金属薄膜理论的空心球成型过程,并且着重研究超声对颗粒的空心率、微球形貌及微球流动性的影响。结果表明超声的加入使镍空心球的空心率提高10%~20%,改善了颗粒的流动性。

超声复合碱处理大豆蛋白与EGCG复合物功能特性研究

大豆分离蛋白(SPI)经超声复合碱处理后与表没食子儿茶素没食子酸酯(EGCG)进行复合形成复合物。采用傅里叶变换红外光谱和荧光光谱对超声复合碱处理及EGCG改性的SPI结构及构象进行解析,以粒径、Zeta电位、浊度及乳化特性为指标,分析该复合体系中SPI构象改变与功能特性之间的关系。结果表明:超声复合碱处理使SPI的粒径减小、溶液电位绝对值增加、乳化性显著提高。超声复合碱处理的SPI与EGCG复合后,SPI的Zeta电位绝对值进一步显著增加,其粒径明显减小,乳化特性显著提高。光谱分析显示,超声复合碱处理以及EGCG可以改变SPI的二级结构,使蛋白链解折叠,并且改变蛋白芳香族氨基酸残基所处的微环境,使蛋白的构象发生改变。通过荧光淬灭光谱分析发现,EGCG对SPI的荧光猝灭机制为静态猝灭,SPI与EGCG之间形成了结合位点数近似于1的复合物。

PCBN刀具激光超声复合切削硬质合金的磨损机理

结合激光加热辅助切削和超声振动切削提出了激光超声复合切削加工工艺。采用PCBN刀具对YG10硬质合金进行普通切削、超声振动切削、激光加热辅助切削和激光超声复合切削对比试验,采用超景深显微镜观测刀具磨损量及磨损形貌,通过扫描电子显微镜(SEM)对刀具磨损区域进行能谱分析,研究激光超声复合切削条件下刀具的磨损规律、磨损形态及磨损原因。研究结果表明:与普通切削、超声振动切削及激光加热辅助切削相比,激光超声复合切削时刀具后刀面磨损量平均值分别降低57.5%、46%、41.3%,刀具使用寿命明显提高;刀具磨损形态主要表现为前刀面磨损、后刀面磨损和崩刃;激光超声复合切削硬质合金时粘接磨损、氧化磨损、相变磨损和微裂解磨损是引起PCBN刀具磨损的主要原因。

超声复合振动系统中的“局部共振”现象实验研究

本文从实验的角度出发,对超声复合振动系统中细长杆的“局部共振”现象进行了较为精确的测量,主要研究了细杆长度与谐振频率之间的关系,超声振子对“局部共振”的影响,以及“局部共振”中细杆长度对振幅的影响,从而为深入研究“局部共振”现象产生的机理提供了更多的依据。

压电片位置对功率超声复合换能器共振频率的影响

研究了压电片位置对功率超声复合换能器机械共振频率的影响 ,给出了在不同情况下二者之间的关系曲线图 .

超声复合磁力研磨加工镍基合金GH4169异形管

为解决镍基合金GH4169异型管内壁难研磨及研磨不均匀问题,采用超声复合磁力研磨光整加工方法进行试验。分析在超声复合磁力研磨条件下,主轴转速、加工间隙、超声频率和超声振幅对异形管内壁表面质量的影响。结果表明:在超声轴向频率为19 kHz、振幅19μm,主轴转速1000 r/min,磁性磨粒平均粒径250μm,加工间隙2 mm加工条件下,加工30 min后,管件内壁表面粗糙度Ra由原始的2.4μm降至0.31μm。通过在管件内部添加圆柱形辅助磁极,使得内外两磁极形成闭合磁场回路,增加磁场力的作用。辅助磁极连接高频轴向超声振动,使得吸附在磁极上的磁性磨粒在旋转运动和轴向高频振动复合作用下划擦、研磨管件内表面。由于研磨轨迹发生交叉复杂化,使得异型管内壁研磨后的表面质量和表面粗糙度得到明显提高;管件内壁表面残余应力由拉应力+52 MPa转变为压应力-48 MPa,表面应力状态得到较好的改善。

超声复合力场磁选机的研制

介绍了超声复合力场磁选机的结构、原理和分选过程，以及对某地钒钛磁铁矿的选别效果。结果表明，该磁选机是一种选别精度较高的磁选设备，在处理钒钛磁铁矿时，与同类型的普通磁选机相比，在回收率相近的情况下，精矿品位可提高1～2个百分点。

电解超声复合锉削的应用

光整加工是模具制造中的一道重要工序,直接影响了模具型腔的表面粗糙度和使用寿命。电解超声复合锉削是近年来研究并应用的较先进的光整加工技术,是利用工具头对工件表面同时进行电解加工和超声波抛磨,达到了高效率和低表面粗糙度的加工。

超声复合磁力研磨异型管参数优化设计及分析

目的改善镍基合金异型管表面质量,降低表面粗糙度。方法在内置辅助磁极磁力研磨基础上添加轴向超声振动,促使磁力研磨粒子对管件内表面进行轴向划擦、刻划作用。采用响应面法对试验进行3因素3水平方法设计,建立参数优化三维数学模型,分析超声频率、超声振幅、主轴转速在两因素交互作用下,对异型管内壁表面质量、表面粗糙度的影响,并得出试验最佳参数组合。结果响应面法优化设计在超声频率19 kHz、超声振幅19μm、主轴转速1200 r/min条件下的加工效果最佳。在优化工艺参数下进行超声复合磁力研磨试验,加工30 min后,管件内壁表面粗糙度由原始2.4μm降至0.31μm,管件内表面残余拉应力由+49MPa转变为残余压应力?47MPa。结论在内置辅助磁极磁力研磨基础上添加超声轴向振动,使得研磨粒子翻滚加剧,研磨轨迹复杂化,有效改善了管件内壁表面粗糙度和表面加工质量。响应面法能够对试验结果进行优化参数数学建模设计,拟合出了最佳的加工参数组合,良好的应力状态有效地提高了工件的疲劳强度。

一种新型旋转超声复合磨削头的研制

介绍了传统超声波加工和旋转超声波加工的基本原理及特点,以及超声波加工机床的基本结构和缺陷。重点介绍了一种机床附件,它安装在普通机床上便可进行旋转超声波加工,这种新型旋转超声复合磨削头弥补了超声波加工专用机床的缺陷,会大大促进硬脆材料及复合材料的发展。

不分离型超声复合铣削系统稳定性研究

为研究不分离型超声复合铣削系统的稳定性,讨论了超声复合铣削运动特性,建立了不分离型超声复合铣削稳定性模型。利用半离散法对超声复合铣削稳定性进行研究,应用MATLAB软件进行数值分析并得出了超声铣削稳定性叶瓣图。研究表明,不分离型超声复合铣削能提高普通铣削系统的稳定性,最大极限切削深度提高约13.8%。利用钛合金材料进行超声复合铣削的试验验证,试验结果验证了理论模型与稳定性叶瓣图的正确性,同时也验证了利用半离散法分析超声复合铣削系统稳定性的可行性。