Page 58 - 无损检测2022年第十一期

孙 越, 等:

基于纵波的风机高强度螺栓预紧力检测

最高回波间的声时差近似相等。产生这种现象的原
因可归咎为两个方面: 首先, 预紧力的存在会影响声
弹性系数及纵波声速; 其次, 在预紧力的作用下, 螺
栓轴向产生弹性变形。利用有限元软件提取不同预
紧力下螺栓底部最高回波的时间进行预紧力与超声
波传播时间的曲线拟合, 拟合结果如图 4 所示。

图 4 螺栓预紧力与超声波传播时间的拟合曲线
由图 4 可 知, 预 紧 力 与 超 声 波 的 传 播 时 间 为
线性关系, 随 着 预 紧 力 增 加 超 声 波 传 播 时 间 呈 线
性增加。上述分析从理论上验证了超声纵波法检
图 2 螺栓中超声纵波的传播过程 测螺栓预 紧 力 的 可 行 性, 同 时 为 后 续 的 试 验 提 供
了理论指导。
为 7 组, 施加的预紧力分别为 0 , 50 , 100 , 150 , 200 ,
250 , 300kN , 采用边界探针收集螺栓底部接收到纵波 3 螺栓预紧力检测试验

的时间, 分析应力对超声传播时间的影响规律, 无应
检测螺栓预紧力前先对螺栓进行标定, 标定螺

力下螺栓长度为287mm , 钢中纵波声速为 5900m ·

s , 因此螺栓底部接收到纵波的时间为48.64 μ s 。不 栓样品为风电变桨轴承螺栓, 材料为 42CrMo , 规格
-1
为 M27×287 ( 螺纹直径 × 长度, mm ), 强度等级为
同预紧力下螺栓底部的反射回波如图3所示。
10.9 级, 共 3 根。采用万能拉伸试验机进行预紧力

加载, 实际工况螺栓的预紧力不超过 300kN , 因此
试验过程中试验机加载应力为 0 , 50 , 100 , 150 , 200 ,

250 , 300kN , 在每个检测阶段试验力不变的条件下
采集纵波传播时间, 每根螺栓采集一组数据, 声时差

计算以 0kN 状态下纵波波形的零时刻作为基准。
检测设备 为 武 汉 大 学 JL-Portable200 型 应 力 检 测

仪, 螺栓标定检测试验平台如图 5 所示。

图 5 螺栓标定检测试验平台
图 3 不同预紧力下螺栓底部的反射回波 基于最小二乘法对检测数据进行拟合, 得到螺
观察图 3 可知, 随着预紧力的增加, 螺栓底部反 栓预紧力与声时差的关系曲线如图 6 所示, 可见, 预

射回波呈规律性延时错开, 0~300kN 下螺栓底部 紧力与声时差存在线性关系, 线性系数为 0.89625 ,

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2022 年 第 44 卷 第 11 期

无损检测