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钢结构工程中高强度螺栓轴向应力的超声测量技术一、超声测量技术原理超声测量技术是利用超声波在材料中传播的特性来实现对材料内部结构和性能的检测。
在高强度螺栓轴向应力的超声测量中，一般采用超声脉冲回波法。
具体原理如下：1.超声波的传播超声波是在固体、液体和气体等介质中传播的一种声波，具有高频、短波长和能量强的特点。
在材料中传播时，超声波会受到材料的密度、弹性模量等物理特性的影响，不同的材料会对超声波产生不同的吸收、散射和反射现象。
2.超声脉冲回波法超声脉冲回波法是通过发射超声波脉冲，然后接收并记录其在材料中传播的回波信号，通过分析回波信号得到材料内部的结构和性能信息。
在高强度螺栓轴向应力的测量中，可以将超声波传播到螺栓中，通过测量回波信号的时间、幅度等信息来实现对螺栓轴向应力的测量。
在钢结构工程中高强度螺栓轴向应力的超声测量中，常用的方法包括超声脉冲回波法、超声时差法、超声频散法等。
具体方法如下：3.超声频散法超声频散法是通过测量超声波在材料中传播的频散特性来实现螺栓轴向应力的测量。
频散特性是指超声波在材料中传播时频率随时间的变化规律，不同的频散特性对应着不同的材料性能，通过分析超声波的频散特性可以得到螺栓轴向应力的信息。
在钢结构工程中高强度螺栓轴向应力的超声测量技术已经得到了广泛的应用，主要体现在以下几个方面：1.质量控制通过对高强度螺栓轴向应力的超声测量，可以实现对螺栓的质量控制。
在螺栓制造过程中，可以通过超声测量技术对螺栓的轴向应力进行检测，确保螺栓的质量符合相关标准。
2.安全评估3.故障分析四、结论高强度螺栓轴向应力的超声测量技术是钢结构工程中重要的非破坏性检测技术，具有较高的精度和可靠性。
通过对超声测量技术的原理、方法和应用的介绍，可以看出这一技术在钢结构工程中的重要性和广泛应用前景。
未来，随着超声测量技术的不断改进和发展，相信其在钢结构工程中的应用将会更加广泛，为钢结构工程的安全可靠性保驾护航。
螺栓超声波测轴力原理
螺栓超声波测轴力是一种非破坏性检测方法，能够快速准确地测量螺栓的轴力。
该技术基于超声波的传播和反射原理，利用超声波在材料中传播和反射的特性，测量螺栓的轴向变形，从而确定螺栓的轴力状态。
1.超声波传播
超声波是一种机械波，它的波长通常在1毫米到1微米之间。
当超声波从一个介质到另一个介质传播时，会发生反射、折射和透射现象。
使用超声波进行测量时，将超声波发射器放在物体表面，超声波穿过物体并到达接收器。
2.声速与密度的关系
超声波在材料中传播的速度与材料的密度有关。
密度高的材料声速快，反之则慢。
因此，测量螺栓的轴力状态需要知道材料的密度和超声波在材料中的速度。
3.材料的应力状态
当螺栓发生轴向变形时，它的长度变化，超声波在螺栓中的传播时间也会发生变化。
此时，螺栓中的超声波会反射、折射和散射，导致超声波的传播路径发生变化。
因此，测量螺栓的轴力状态需要考虑材料的应力状态。
4.测量信号的捕获和处理
超声波传递回来的信号经过接收器接收并转换成电信号，在信号处理器中进行处理。
信号处理器可以将信号中的波动频率、振幅和时间间隔等信息提取出来，然后计算螺栓的轴力状态。
螺栓应力测量的超声波法综述
螺栓应力测量是很多工程中都有应用的重要环节，一般是利用传
统的可视测量或拧紧式应力测量法来获得信息。
然而，这类传统的测
量方法很难满足实际应用中一些复杂场景的测量需求，因此，超声波
法成为了应力检测的重要组成部分。
超声波法用于测量螺栓应力的原
理主要是利用声表面波在螺栓表面的传播特性来刻画材料的动态行为。
由于声表面波的传播特性，其衰减速率随着应力的增大而增大，很容
易从观察声表面波在不同位置的衰减行为来推断出螺栓内部的应力值。
与传统检测方法相比，超声波法具有设备轻便、反应快等优点，广泛
应用于航空、船舶、钢铁等行业，成为现代应力测量中不可或缺的技术。
螺栓应力测量的超声波法综述@2l』31994INFORMATIONONE!￡Q垦?21?螺栓应力测量的超声波法综述华北电力学院王璋寺梁立德威郭铁桥7~t3t,3摘要全面介绍丁超声波螺拴预紧力的测量方法,讨论影响测量精度的主要因素,井给出了饪正补偿的方法.最后结合电力系统的具体情况,指出了此方法在ca;-中应用时必须解决的几个理论和技术难点.关键词螺棰预应力超声波剐量温度补偿●——,.一——一J._—一些进展4.本文垒面介绍了超声波螺检1引言螺拴是工程中普遍应用的一种联接方式,施加于其上的预应力对于联接件的性能,寿命都有很大影响.如在法兰联接的螺检中,如果预紧力过大,就会导致垫片压渍,法兰变形过大等机械损伤;反之,若螺栓预紧力不足,不但会引起泄漏,而且还会加剧联接部件的振动,造成接口松脱等故障.在电厂中,由于不能很好地控制汽轮发电机组中大轴联接螺栓的预紧力,导致大轴弯曲而诱发汽轮发电机组轴系的振动.同样,在管路中则会造成高压气体的泄漏.因此,在工程中对螺栓预紧力控制的必要性是众所周知的.但是,由于许多难以预测的因素直接影晌着螺检预紧力精度的控制,在现场安装过程中如何精确地控制预紧力的大小,以及如何对在役螺栓预紧力进行监测,一直是一个亟待解决的问题.传统的控制螺栓预紧力的工具,如扭力扳手,液压拉伸器等部局限于安装时预紧力的控制,并且离散性很大.至干监测在役螺栓的剩余预紧力则完垒是不可能的.在过去的十多年内,国外提出了一种新的监测控制螺栓预紧力的方法——超声波螺检应力测量法Cl32.国内在此方面也儆了一些理论和实验研究工作,取得了一预紧力的测量方法,讨论影响测量精度的主要因素,并给出了修正补偿的方法.最后结合电力系统的具体情况,指出了此方法在电厂中应用时必须解决的几个理论和技术难点.2螺栓应力测量的原理螺栓应力测量的原理是声弹性理论在工程中的应用.根据声弹性理论的观点,固体中的声速与应力有关.这种关系一般来说是非线性的,但在工程应用的精度范围内,以进行应力分析测量为目的时,把它近似为线性处理是完垒可行的.根据实际测量时的超声波的类型不同,超声波螺栓应力测量有以下两种基本方法..2.1超声纵波测量法把螺栓的应力状态看成单向应力状态.如果用表示螺栓中无应力(=0)时的超声纵波传播速度,表示螺栓应力(o->O)时的超声纵波传播速度, 由声弹性理论可知(p0,z,,均为材料常数)V=()(1)P.1一(2)p2^十厶u22?电力情报1994或—(3)式(3j中的"一"表明沿张应力方向传播的超声纵波速度随着应力增_大而减小.A为比例系数.另外.由于应力的作用.螺栓的长度也有变化,此变化对超声波在螺栓中传播的时蒯有影响.若用,J和L分别表示=0和>0时螺栓的长度,则::一I(4)丁—E假定超声纵波沿螺检垒长往返一次所需要的时间在0和>0时分别为t和f,于是有:(5)r==V㈦0(1一)而相对时间变化率:==1Af00一理论分析和实验测量都表明,A是很小的,且A《1,故可近似假定1一A≈1,若令K=1/E+A,则得:一At:K或:(8)^此式表明,螺检中的正应力与超声纵波在其中传播时间的相对变化量成正比. 在用理论或实验确定了螺栓材料参数后,就可由实测的超声纵波传播相对时闷变化量Af/f.确定螺栓中的应力值.2.2超声纵横波测量法在超声纵波测量螺栓应力的过程中,需要知道无应力时螺栓的长度(或传播时间),这对工程中已紧固好的螺栓来说是很难办到的.超声纵横渡测量方法可避开此难点.假定螺栓为单向应力状态,则超声纵,横渡在螺栓内沿轴向传播的速度分别为:()_(1丽UP)烈^十J.(卜('(-_盯)VTo((10'式中的下标T,L分别表示横波和纵波.下标0和口表示无应力状态和应力状态.由式(9),(10)可推得:c(等哇(?_2)式中比例系数K,K可由实验测定,这样只要能测得超声波传播时问的相对变化量就可由式(I1)(I2)分别计算出螺栓内张力大小.但必须知道无应力状态下超声波在其中的传播时间.在这里引入参数N.和N一并且定义:Ⅳ.Do一等''L于是由式(11),(12)可推得:oN)/(JvKl—N0KT)(13)此式中,N与材料有关,可通过理论计算得到,也可由实验测定.在用实验方法测定时,对于同一批螺栓仅傲一次实验就可确定.在实际测量中,只要测得超声纵波在螺栓中的传播时间f和超声横渡在螺栓的传播时间f就可由式(13)确定螺栓中的应力岳3王璋奇等:螺栓应力测量的超声波祛综述?23? 3影响测量精度的因素在用超声波测量螺检应力时,其精度要受到很多因素的影响,除了测量系统本身的误差外,还有以下几个方面的影响必须予以考虑,以采取措施消除它们对测量精度的影响.3.1试件几何参数的修正工程实际中联接件螺检的几何形状如图l所示(各符号意义见图).图1螺栓和螺纹形状示意目围2螺栓的At/t--~r由线一般来说,在螺纹部分和螺杆部分螺检内的应力沿轴向分布是不均匀的,因此,由前面公式(8)或(13)求出的都是平均值.若要知遭螺杆部分的应力,则必须引入形状因子,它与螺纹类型及螺检尺寸参数有关.修正后螺杆部分的应力可表示为(超声纵渡测量法和超声纵横波测量法中几何修正参数相同):K=K.一N)/(ⅣKL—N0KT)(14)确定形状因子的方法有近似计算法和实验法.(1)用近似理论确定形状因子从理论上可得到形状因子的近似计算(15)共中:(争)(1ann孚+tann孚)+(e+e2)]1r3.7/d(1+1.2s/df)12i【—而_J(2)用实验法测定K,对同一螺栓改变e1+e2的长度,量绘制变化前后超声波(横渡,纵波均可) 的声应力曲线,即At/f—曲线(如图2所示),由两组曲线的斜率M和M就可求得K的值.在实验数据处理时,为了方便起见,把K的计算公式(15)改写成::0其中:L..=争)(tanh孚+tanh孚)】Liz=争)..)这样便得到:1LAt,tfⅡ0卉一2式公蝻-24一即:古击由此可解得:fl8)r19)=㈣,,M/MH,一式中:,_0=,_0+,_1',_D:.,_D+,_12把实测得到的M,M和,_,,_代入此式则可得,_再将,_..和实测得到的有关数据代入式(16)即可求得形状因子.总的来说,用实验得到的形状因子与理论计算结果相差很小,又由于实验测定方法中,△,/f—的曲线斜率(,M)对形状因子影响很大,故在确定斜率(,)时必须倍加小心.因此,在一般实测中,建议采用理论近似公式计算,而实验掼4定法则用于精度校核. 3.2温度对测量精度的影响温度和应力对超声波的速度都有影响.当O-:0时,超声波速度只受温度的影响,这一影响是由于温度对弹性常数及材料密度的影响所致.弹性常数与温度之间的关系是由晶格的非谐振性所制约的, 直接与材料的高阶弹性常数有关.由声弹性理论可推知:超声渡的传播速度与温度成线性关系,于是,当温度由参考温度r, 变化到测定温度r,时,无应力状态下,试件的长度和声速分别为:L0(一L0(r,0)【l+(r,一T0)](21)0(一V0(r,0)【1+p(T—T0)J(22)式中下标"0"表示无应力状态,为温度对超声波速度的影响系数,为材料的热胀系数.由此可推知,温度变化所引起的超声波(以纵波为例)在试件中传播的时问相对变化量:J:k/~)6T(23)当应力≠0时,由应力,温度变化所引起的超声波(以纵波为例)在试件中传播的时间相对变化量:^【=(一口)△T+Ko-(24)f0.从理论上讲.式中应为,的函数,但通过实验发现,在温度变化大时.随r,的变化非常小,几乎可以略去不计. 故这里可以认为与r,无关.由式(23),(24)可看出温度对超声波法测量螺栓应力的精度有很大影响,对于钢制螺栓,温度每变化1℃将会引起大约7MPa应力误差.在实际测量中必须考虑温度的修正问题.超声波传播时间与温度变化之闻的关系为线性关系且在温度变化不大的情况下.它与应力大小无关. 也就是说温度变化对△f/f—o-关系的曲线斜率几乎没有影响而仅对它的零点有影响.但必须注意,当温度变化较大时,必须考虑温度对的影响.此时,温度不仅影响△f/f—o-曲线的零点.同时也要影响它的斜率这种情况下如何修正还有待进一步研究.33应力状态的影响在前面的讨论中,我们假定螺拴中的应力是均匀分布的单轴应力.但实际中, 由于螺栓结构的限制,或外加载荷的原因,而不能保证单轴应力的条件,此时则必须加以修正.在大多数情况下,由于能够近似满足单轴应力条件,故不需要考虑应力状态的影响.当螺栓中有扭转剪应力时,单轴应3亡常奇等:螺检应力测量的起波法综述'25 力的条件不能满足,但实验研究表明,扭转势应刀对趟卢波在螺拴中传播律影响很小,实洲中可略去不计.其它应力状各对螺拴中超声波传播规律的影响程度问越较复杂,还有待1:进一步探|寸..4超声螺栓应力测量法在电厂中均应用前景据我们所知,还没有电厂应用超声波应力测量控制和监测螺栓中的预应力究其原因,不仅因为超声波应力测量珐是一种才面世不久的新技术,更重要的是电厂用螺栓还有许多特殊的问题有侍于人们去解决.前面已经讲到,温度对超声波应力测量的精度影响很大,在温度变化不大的情况下可以假定温度变化对At/一曲线斜率没有影响,而仅影响它的零点位置.不难发现,由于电厂中工作部件的温度都很高,很难满足"温度变化不大"的条件,因而在高温情况下如何修正和补偿温度变化对测量精度的影响是人们用超声波应力测量法监控电厂用螺栓预应力时必须解决的一个难题.电厂用螺栓声弹性系数,高阶弹性系数的测量数据很难找到,这也是限制此方法应用的另一个原因.于是,对这类材料的声弹性系数,高阶弹性系数进行测量是必要的.r-电厂所用螺栓,由于工作环境舶恶劣性和载荷的复杂性,很难满足"单轴应力条件".因此必须研究应力状态对超声波传播规律的影响问题,以便对测量结果进行修正补偿.在仪器设备方面,国内还没有成熟的技术设备可供电厂使用.已有的结果大多都是在实验室或者利用现有的超声波测量仪,配合示波器进行测量呵供选用的探头种类也较少,且应用范围受限.在电厂使用必须解决高温测量问题,研制在高温环境下能正常工作的探头(现有的探头,在1o0℃左右,性能就变得很差).另外,研究专用的小型便携式高精度超声波螺栓测量装置也是非常必要的.在成功解决上述几个主要问题之后.把超声波螺拴应力测量技术应用到电厂中,将会取得巨大的经济效益.它可以使操作人员精确控制汽轮发电机组联接螺栓的预应力,以提高机组运行的可靠性,延长寿命.控制监测汽缸盖的固定螺栓,以及热力管道联接件等的预应力,可以撼少泄漏,提高热效率.所有这些对于电厂能安垒生产,减少意外事故都具有重要意义.参考文献1HFukuokaeta1.AcoustvelasticStressAnalysisofResidualStressinaPatch—WeldedDisk. ExpMech,l987(7)2JDeputatUltrasonicTechniqueforMeasuring StressinScrews.9thWorld.ConferenceonNDT,19793BEGordonMeasurementofAppliedand ResidualStressesUsinganUItrasonic InstrumentationSystem.ISATransaction.1980(2)t.4冉启芳等用超声波方法测量螺栓应力.固体力学1982(I)5吴克成淋水深螺栓应力超声测量方法的改进华中工学院,1988(I)6何存富,吴克成温度对螺栓紧固应力超声测量的影响研究实验力学,l993(3)(修改稿日期:]993-1卜24)。
螺栓超声波测轴力原理
超声波发射器通过发射超声波信号到螺栓上，经过螺栓材料的传播后，信号由超声波接收器接收到。
在螺栓材料内部，超声波的传播速度与螺栓
轴力有关，当螺栓承受不同的拉伸力时，超声波在材料中传播的速度也会
有所变化。
超声波接收器接收到信号后将其传递给信号处理器进行处理。
信号处
理器通过对接收到的超声波信号进行分析，提取超声波信号的传播速度信息，并计算出螺栓轴力的大小。
最后，信号处理器将测得的螺栓轴力值传
递给显示器进行显示和记录。
螺栓超声波测轴力原理的关键在于根据螺栓轴力与超声波传播速度之
间的关系建立合适的数学模型。
通常采用经验公式或理论模型来描述二者
之间的关系。
然后通过实际测量螺栓材料的超声波传播速度，利用建立的
模型计算出螺栓轴力的大小。
螺栓超声波测轴力具有非破坏性、高精度、实时性和自动化等优点。
它可以在不拆除螺栓连接的情况下进行测量，能够准确地监测螺栓连接的
紧固状态，及时判断螺栓是否存在松动、疲劳等故障现象，从而对螺栓连
接副进行在线监测和维护。
总之，螺栓超声波测轴力原理通过超声波传播速度与螺栓轴力之间的
关系来测量和监测螺栓轴力，以确保螺栓连接的安全、可靠和稳定。
这一
原理在工程领域中得到了广泛的应用，为螺栓连接副的设计和维护提供了
有效的手段。
螺栓超声波检测方法
嘿，大家好呀！我是一个小小的螺栓，今天来给大家讲讲怎么用超声波来检测我哦！
首先呢，要有一个神奇的超声波检测仪。
这个检测仪就像一个小魔法师，能发现我的秘密呢。
然后呀，把检测仪打开，它会发出一种很特别的声音，有点像小蜜蜂在嗡嗡叫。
接着，把检测仪的探头轻轻地放在我身上。
探头就像一个小侦探，在我身上这里听听，那里听听。
如果我身体里面有不好的地方，比如有裂缝或者杂质，检测仪就会发出不一样的声音。
有时候，那个声音会变得尖尖的，就好像小鸟在叫。
这就说明我可能有点问题啦。
检测的人就会更加仔细地检查我。
他们会换个地方再听听，看看问题到底在哪里。
如果发现我真的有裂缝，那我可能就不能用了，要被换掉哦。
如果检测仪一直发出平稳的声音，那就说明我很健康，可以继续工作。
嘿，你们知道吗？我觉得超声波检测可神奇啦！它能让人们知道我是不是好好的，这样就能保证大家的安全啦。
大家快来了解一下超声波检测螺栓的方法吧！。
核电站M56螺栓超声检验技术浅谈作者：周伟来源：《科技资讯》 2014年第23期周伟（中广核检测技术有限公司江苏苏州215004）作者简介请保留：周伟（1987-），男，汉族，学士学位，中广核检测技术有限公司，助理工程师，主要从事核电站设备无损检验技术的应用、研究及质量管理工作。
摘要：本文针对核电站M56螺栓的特殊性，通过试验选择最适合M56螺栓超声检测技术，研究了不同角度不同频率超声探头检测的结果及不可达区。
结果表明：仅通过超声检测方法无法实现对M56螺栓检验区域的完全覆盖，必须辅以渗透、目视等其他无损检测方法。
关键词：核电站超声检测螺栓Discussion M56 bolt ultrasonic testing of nuclear power stationZHOU Wei(CGNPC Inspection Technology Co., Ltd, Suzhou 215004)Abstract: According to the particularities of nuclear power station M56 bolts, selected the most suitable Ultrasonic Testing Technology for M56 by test, Studiedon ultrasonic probe detection results of different frequencies at different angles and unreachable areas. The results showed that: only by ultrasonic detection method can not achieve complete coverage of M56 bolt inspection region, it must be supplemented by penetration, visual and other non-destructive testing methods.key words: Nuclear power stationUltrasonic inspectionBolt中图分类号：TL4文献标识码：A文章编号：1672-3791（2014）08（b）-0000-001 引言随着国家大力发展核电站，螺栓成为核电站设备中重要部件，在蒸汽发生器、稳压器等一级部件中被广泛使用。
螺栓超声波检测标准
螺栓超声波检测是常用的无损检测方法之一，其原理是利用超声波遇到障碍时的反射和折射现象来判断缺陷的大小和位置。
以下是螺栓超声波检测的步骤和标准：
1. 检测前准备：确保螺栓表面清洁，无油污、锈蚀等影响检测结果的因素。
2. 确定检测参数：根据螺栓规格和检测要求，选择合适的超声波探头、频率和耦合剂等参数。
3. 检测操作：将超声波探头放置在螺栓表面，调整探头位置和角度，使超声波束垂直于螺栓轴线方向，然后进行扫描。
4. 缺陷识别：根据超声波仪器荧屏上显示的波形和波幅大小，判断是否存在缺陷。
常见的缺陷包括裂纹、气孔、夹杂等。
5. 记录与报告：对检测结果进行记录和整理，编写检测报告，包括检测人员、检测日期、螺栓规格、检测参数、缺陷描述及处理建议等信息。
对于螺栓超声波检测的标准，不同的国家和地区可能有不同的标准。
例如，在欧洲，常用的标准是EN 《金属材料无损检测超声检测》。
在国内，常
用的标准是GB/T 《无损检测超声检测螺栓、螺钉和螺柱的超声检测方法》。
需要注意的是，对于不同类型的螺栓和不同的应用场景，可能需要采用不同的检测方法和标准。
因此，在实际应用中，应根据具体情况选择合适的检测方法和标准。
