激光熔覆凭借其技术优势,已成为废旧产品绿色再制造的重要手段之一,但实践表明:激光熔覆再制造涂层应力及涂层、毛坯缺陷,是影响再制造零件服役性能和服役寿命的关键因素。本文采用超声波无损检测技术,对激光熔覆再制造零件的缺陷及应力进行评价,实现评价结果定量化、提高评价结果可靠性。论文研究可为保障激光熔覆再制造产品质量提供理论与技术支持,对建设资源节约型、环境友好型社会具有重要意义。本文采用数值模拟与实验相结合的研究方法,探索激光熔覆再制造零件缺陷定位、定性、定量超声无损评价方法;研究激光熔覆再制造涂层应力超声无损评价方法;研究基于超声波的缺陷、应力评价机理,探讨影响缺陷与应力评价结果的内在及外在因素。结合熔覆层内部组织结构,分析超声波检测信号噪声产生的原因,探讨信号消噪的原理及方法。主要研究内容及结论如下:研究了激光熔覆再制造零件缺陷类型超声波检测识别方法。建立超声波检测有限元模型,模拟了激光熔覆再制造毛坯材料中不同类型缺陷的散射声场,通过分析散射声场及缺陷回波信号傅里叶频谱分析图,提出了缺陷类型识别方法—缺陷A扫信号动态频谱分析法。实验结果表明:该方法可以准确地判别出激光熔覆再制造涂层及毛坯中常见的孔洞、裂纹、夹杂物缺陷类型。深入研究了激光熔覆层的各向异性对声束传播行为的影响。应用瑞利积分结合pencil法研究超声换能器向Fe314激光熔覆层中辐射声场的特性。研究结果表明:材料的各向异性对入射声场的影响程度与材料的慢度值有关,声束的偏转方向由慢度面的法矢量决定,声束的聚焦、散焦行为由慢度面的曲率决定。纵波直探头辐射声场中,当Fe314激光熔覆层中晶粒的取向与纵波的入射方向一致或垂直时,声束的偏转角度为零且辐射声场相对于入射轴线保持均匀的对称分布,声束的指向性最好,原因在于入射方向垂直于晶体的各向同性面。横波斜探头辐射声场中,随着晶粒取向的不同,横波出现了分裂以及声束偏转、分离等现象。激光熔覆层的各向异性是引起横波分裂的根本原因。声束偏转的原因在于:熔覆层中声波的群速度方向(慢度面法矢量方向)与相速度方向(声波波矢方向)不一致。熔覆层慢度面形状不规则,使得横波折射后,除主声束外,还会产生其它角度的声束。将声场模型与基于基尔霍夫近似、波恩近似理论的缺陷散射模型相结合,采用系统分析法确定超声检测系统影响因子,建立了激光熔覆再制造零件缺陷超声检测数学模型,比较了数值模拟与实验测量结果,二者吻合度较好。数值模拟结果为合理设计此类零件的超声检测工艺提供了重要的理论依据。基于数值模拟分析结果,研究了激光熔覆再制造零件缺陷定位、定性、定量超声无损评价方法。采用超声纵波技术评价零件表层及内部缺陷。基于广义相关倒频谱分析原理,采用脉冲反射法实现对缺陷的定位分析;结合激光熔覆再制造零件中超声波衰减规律曲线,建立缺陷回波信号的幅值-尺寸曲线实现对缺陷的定量评价;基于缺陷A扫信号动态傅里叶频谱分析实现对缺陷的定性评价。结合熔覆层内部组织结构,分析了超声检测信号噪声产生的原因,采用基于熵理论的最优小波包分析方法对超声检测信号进行消噪处理。实验结果表明:这种方法可达到更高的缺陷检测能力和信噪比增强效果。探讨了检测距离、检测方向对缺陷评价结果的影响。超声波在传播过程中能量会逐渐衰减,因此随着检测距离的增加,相同尺寸缺陷的回波信号会逐渐减小;Fe314激光熔覆层组织呈现明显的各向异性特征,超声波沿着不同的方向传播时,遇到的界面、组织不同,导致声波产生的反射、透射、模式转换能量损失不同,因此检测方向不同时,信号的信噪比不同。研究了激光熔覆再制造涂层应力超声无损评价方法。结合静载拉伸实验,建立了基于表面超声波评价Fe314激光熔覆再制造涂层应力的声弹公式。探讨影响应力评价结果的内在及外在因素。实验结果表明:Fe314激光熔覆层组织的各向异性及未知残余应力会导致表面超声波传播速度的相对变化,采用声弹公式计算出的初始应力对检测结果校准之后,实验结果误差明显减小;此外高应力阶段的误差明显大于低应力阶段的误差。理论分析表明:静载拉伸过程中,各向异性熔覆层的非均匀变形是引起该现象的原因;提出基于复数倒频谱的超声波传播时间延迟计算方法,对模拟信号和实际检测信号分别做了时间延迟分析,结果表明:该算法精度较高,提高了表面超声波应力无损评价的可靠性;静载拉伸条件下,加载时材料的变形会显著影响熔覆层应力评价结果,需从实验结果中扣除由于加载变形引起的超声波传播速度相对变化量。实验结果表明:采用该方法校准之后,应力评价误差明显减小。