一种铝合金预拉伸板残余应力水浸超声检测方法

摘要

本发明是一种铝合金预拉伸板残余应力水浸超声检测方法，属于无损检测领域，该方法的步骤如下：制作参考试块；测量标定；残余应力测量。该方法采用水浸法，通过控制水温不变能够保证应力标定和应力测量过程的温度一致，从而排除了温度差异对超声波速度的影响，消除温度误差，另外，采用自动扫查架代替手工扫查，能够保证测量过程中探头与待测材料表面的距离不变，从而排除耦合条件差异对声传播时间的影响，消除耦合误差。该方法有利于对铝合金预拉伸板近表面残余应力进行无损评价。

主权项

一种铝合金预拉伸板残余应力水浸超声检测方法，其特征在于：该方法的步骤是：⑴制作参考试块1.1切取试样在与待测预拉伸板材(13)相同批次的产品上切取一块长100mm，宽90mm，厚20mm的矩形试样，矩形试样的一个最大表面为预拉伸板的轧制面，该最大表面称试样轧制面(5)，矩形试样的长度方向与预拉伸板的轧制方向相同，利用钻孔法测量试样轧制面(5)的残余应力，测量点的数量为四个，其位置距试样轧制面(5)长边10mm、宽边15mm，按顺时针依次为测量点Ⅰ(1)、测量点Ⅱ(2)、测量点Ⅲ(3)、测量点Ⅳ(4)，各测量点的最大残余应力值应小于50MPa；1.2试样加工将矩形试样切割为大、小两块试样，大块试样的尺寸为：长100mm，宽60mm，厚20mm，小块试样的尺寸为：长40.01～40.10mm，宽19.95～19.99mm，厚20mm，在大块试样的中心加工出一个长40mm，宽20mm的方形通孔(6)，该方形通孔(6)的长度方向与大块试样的长度方向相同，小块试样长度方向与加工前的矩形试样的长度方向一致，小块试样与方形通孔(6)之间形成过盈配合；1.3试样安装将大块试样和小块试样在液氮中充分冷却，取出后迅速将小块试样安装在大块试样的方形通孔(6)内，温度升高到室温后将大块试样和小块试样的组合体的各面磨平，磨平后的组合体称为参考试样(9)，利用钻孔法测量参考试样(9)上不带试样轧制面(5)的最大表面中心的残余应力，将测量结果标识在参考试样(9)上；1.4重复以上步骤1.1、1.2、1.3，制作3块参考试样(9)用于检验同一个批次的预拉伸板的残余应力；⑵测量标定2.1设备安装选择两个频率同为1MHz、2.25MHz、5MHz或10MHz的超声水浸探头(7),超声水浸探头(7)安装在扫查架(8)上，两个超声水浸探头(7)处于同一个水平面上，两个超声水浸探头(7)在的中心线在同一个垂直平面内相交，两个超声水浸探头(7)的中心线与垂直方向的夹角为25°～30°，方向相反，将一个超声水浸探头(7)连接到电脉冲信号发生器(10)的激发接口，另一个超声水浸探头(7)连接双通道示波器(11)的输入接口，电脉冲信号发生器(10)的输出接口、同步接口与双通道示波器(11)的输入接口、同步接口对应连接，将参考试样(9)水平安放在水槽(14)中的试样台(12)上，两个超声水浸探头(7)置于参考试样(9)的正上方两侧；2.2确定测量参数打开电脉冲信号发生器(10)和双通道示波器(11)，通过调整两个超声水浸探头(7)的倾斜角度和与参考试样(9)之间的水平距离，使双通道示波器(11)采集的临界折射纵波信号最大，读取并记录双通道示波器(11)上显示的发射波与接收波之间的时间间隔，更换参考试样(9)，保持两个超声水浸探头(7)的倾斜角度及两个超声水浸探头(7)与参考试样(9)的相对位置不变，对所有参考试样(9)读取并记录双通道示波器(11)上显示的发射波与接收波之间的时间间隔，以步骤1.3中测量的参考试样(9)的最大表面中心的残余应力为纵坐标，以时间间隔为横坐标，在直角坐标系上绘制残余应力与时间间隔关系曲线，将曲线进行线性拟合，拟合后直线的斜率称为声弹性系数，该直线在横坐标上的截距称为零应力时间；2.3残余应力测量从试样台(12)上取下参考试样(9)，将待测铝合金预拉伸板(13)安放在试样台(12)上，保持两个超声水浸探头(7)的倾斜角度与测量参考试样(9)时一致，并使两个超声水浸探头(7)与待测铝合金预拉伸板(13)的水平距离与测量参考试样(9)时一致，使扫查架(8)带动两个超声水浸探头(7)对待测铝合金预拉伸板(13)进行逐行扫描，在每行扫描过程中，探头每前进20～50mm读取并记录一次双通道示波器(11)上显示的发射波与接收波之间的时间间隔，每行之间的距离为10～20mm，直到整个预拉伸板扫描完毕；2.4计算残余应力待测铝合金预拉伸板(13)表面各测量点的残余应力用以下公式计算：σ_ri＝K(t_i‑t₀)式中：σ_ri代表每一点处的残余应力，K代表声弹性系数，t_i代表每一点处测得的发射波与接收波之间的时间间隔，t₀代表零应力时间。