一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法

摘要

本发明提出一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法，属于焊接残余应力的无损检测领域。所述测试方法是首先建立晶粒度与纵波信号衰减度、与临界折射纵波在零应力样中传播时间、与声弹性系数的关系数据库；在进行残余应力测试时，先确定测试区域的纵波信号衰减度，再根据衰减度确定晶粒度计算值，进一步计算测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间和声弹性系数，最终可得到修正后残余应力。所述测试方法可修正由于焊接不同区域晶粒度对声弹性系数，超声波在零应力样中传播时间产生的误差，可显著提高超声波测残余应力的精度。

主权项

一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法，其步骤如下：A、准备晶粒度测试样A1、平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组，记为N₁组，N₂组…N_n‑1组，N_n组，每组拉伸样包括相同拉伸样r_a根；A2、对N1组拉伸样不做任何处理，对N₂‑N_n组拉伸样进行不同条件热处理、同一组中的拉伸样热处理条件相同，具体的热处理条件是：N₂组拉伸样在温度T_a℃保温h_a小时，N₃组拉伸样在温度T_a℃保温h_a+Δh_a小时……N_n‑1组拉伸样在温度T_a℃保温h_a+Δh_a(n‑1‑2)小时，N_n组拉伸样在温度T_a℃保温h_a+Δh_a(n‑2)小时，即得到N₁‑N_n组晶粒度测试样，其中Δh_a为相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数；N₂‑N_n组晶粒度测试样经过热处理，可认为是零应力状态；A3、对N₁‑N_n组晶粒度测试样进行金相处理，通过显微镜或电子背散射衍射计算出经过金相处理的N₁‑N_n组各组中所有晶粒度测试样的晶粒度，并分别取N₁‑N_n组各组中所有晶粒度测试样的晶粒度平均值，分别记为U₁，U₂，U₃……U_n‑1，U_n；B、建立晶粒度与纵波信号衰减度的关系数据库B1、使用纵波平探头对N₁‑N_n组各组中所有晶粒度测试样分别进行衰减度测试，计算出N₁‑N_n组各组中所有晶粒度测试样的纵波信号衰减度平均值，分别记为M₁，M₂，M₃……M_n‑1，M_n；B2、根据N₂‑N_n组各组晶粒度测试样的纵波信号的衰减度平均值(M₂，M₃……M_n‑1，M_n)，与N₂‑N_n组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U₂，U₃……U_n‑1，U_n)，利用最小二乘法建立晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，U＝f(M)；将N₁组所有晶粒度测试样的纵波信号衰减度平均值M₁带入U＝f(M)，算出N₁组晶粒度测试样的晶粒度计算值U₁’；将N₁组晶粒度测试样的晶粒度计算值U₁’与A13得到的N₁组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U₁进行对比，如果误差在δ₁％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库U＝f(M)有效；如果误差大于δ₁％，重新按照A1‑A3准备晶粒度测试样品，并按照B1‑B2建立晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，直到满足误差要求；C、建立晶粒度与临界折射纵波在零应力样中传播时间的关系数据库C1、分别对N₁‑N_n组各组中所有晶粒度测试样进行临界折射纵波速度采集，得到临界折射纵波在N₁‑N_n组各组晶粒度测试样的平均传播速度，记为V₁₀，V₂₀，V₃₀……V_(n‑1)0，V_n0，并根据超声波收发换能器间的距离L，计算出临界折射纵波在N₁‑N_n组各组晶粒度测试样的平均传播时间，即为临界折射纵波在不同晶粒尺寸的零应力晶粒度测试样中的平均传播时间，记为T₁₀，T₂₀，T₃₀……T_(n‑1)0，T_n0；C2、根据临界折射纵波在N₂‑N_n组各组晶粒度测试样的平均传播时间(T₂₀，T₃₀……T_(n‑1)0，T_n0)，与N₂‑N_n组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U₂，U₃……U_n‑1，U_n)，利用最小二乘法建立晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t₀的关系数据库，将N₁组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U₁带入算出临界折射纵波在N₁组晶粒度测试样的传播时间计算值T₁₀’；将临界折射纵波在N₁组晶粒度测试样的传播时间计算值T₁₀’与临界折射纵波在N₁组晶粒度测试样的实际平均传播时间T₁₀进行对比，如果误差在δ₂％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t₀的关系数据库有效；如果误差大于δ₂％，重新按照A1‑A3准备晶粒度测试样品，并按照C1‑C2建立晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t₀的关系数据库，直到满足误差要求；D、建立晶粒度与声弹性系数的关系数据库D1、分别对N₁‑N_n组各组中所有晶粒度测试样进行声弹性系数拉伸标定，得到N₁‑N_n组各组晶粒度测试样的平均声弹性系数，记为K₁，K₂，K₃……K_n‑1，K_n；D2、根据N₂‑N_n组各组晶粒度测试样的平均声弹性系数(K₂，K₃……K_n‑1，K_n)，与N₂‑N_n组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U₂，U₃……U_n‑1，U_n)，利用最小二乘法建立晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，k＝α(U)，将N₁组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U₁带入k＝α(U)，算出N₁组晶粒度测试样的声弹性系数计算值K₁’，将N₁组晶粒度测试样的声弹性系数计算值K₁’与N₁组晶粒度测试样的实际平均声弹性系数K₁进行对比，如果误差在δ₃％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库k＝α(U)有效；如果误差大于δ₃％，重新按照A1‑A3准备晶粒度测试样品，并按照D1‑D2建立晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，直到满足误差要求；E、测试待测焊件焊接接头的焊接残余应力E1、布置待测焊件的超声波残余应力测试区域，所述测试区域包括焊缝区域、热影响区域和母材区域；E2、使用纵波平探头对待测焊件的测试区域进行衰减度测试，计算出测试区域的纵波信号衰减度，记为M_c；E3、调用B步建立的晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，U＝f(M)，计算出测试区域的晶粒度计算值U_c，U_c＝f(M_c)；E4、调用C步建立的晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t₀的关系数据库，计算出测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间t_c0，E5、调用D步建立的晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，k＝α(U)，计算出测试区域的声弹性系数k_c，k_c＝α(U_c)E6、采集待测焊件的测试区域的临界折射纵波速度v_c，并根据超声波收发换能器间的距离L，得到临界折射纵波在测试区域的传播时间t_c＝L/v_c；E7、根据E4步得到的测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间t_c0、E5步得到的测试区域的声弹性系数k_c和E6步得到的临界折射纵波在测试区域的传播时间t_c，计算待测焊件测试区域的焊接残余应力σ_c：