一种超声水浸无损评价残余应力的方法

摘要

本发明属于无损检测领域，涉及一种超声水浸无损评价残余应力的方法。本发明利用超声纵波穿透性高的优点保证了对材料内部残余应力的反应，克服了临界折射纵波法穿透深度不足的缺点，能够反应材料内部300mm深处的残余应力；本发明采用水浸法利用水做耦合剂，保证了探头的快速灵活移动，克服了横波法测量应力时的自动化程度低的缺点，同时提高了测量时探头与工件的耦合稳定性，还能减少温度变化带来的测量误差。本发明与破坏性残余应力测量方法相比，能够实现残余应力的无损检测，并且测量速度快，能够迅速获得残余应力二维分布图，与其他的无损残余应力测量方法相比，测量深度最大，测量速度是其它方法的2倍、测量成本不到其他方法的十分之一。

主权项

一种超声水浸无损评价残余应力的方法，其特征在于：该方法的步骤是：(1)标定1.1 取样根据待测材料选择取样材料，选择与待测材料相同牌号相同规格的取样材料或从待测材料上直接取下一部分作为取样材料，从取样材料上取下一块长a＝20‑300mm，宽b＝20‑300mm，厚度s为取样材料厚度的方形试样，试样的厚度方向与取样材料的厚度方向相同；1.2 标定1.2.1 连接设备脉冲信号发生器的输出接口和同步接口分别与多通道数字示波器的输入接口和同步接口通过同轴电缆连接；通过同轴电缆将频率为1‑25MHz的超声纵波直探头接到脉冲信号发生器的发射/接收接口；1.2.2 安放试样及探头将试样安放在压缩试验机上，试样长度方向或宽度方向为压缩试验机的加载方向，将超声纵波直探头利用耦合剂耦合在试样表面，保证探头发射的超声波沿试样的厚度方向传播；1.2.3 标定测量参数打开脉冲信号发生器和多通道数字示波器，利用示波器显示的底波波形，测量第n次底波和第n+i次底波的峰值位置或起始位置的时间差t₀⁽ⁱ⁾，其中，n＝1，2，3…，i＝1，2，3…，则试样中的超声波波速v₀＝2i×s÷t₀⁽ⁱ⁾，利用压缩试验机对试样施加压缩载荷，直到压应力达到试样屈服强度的10％‑80％，在加载过程中，应力每增加10‑100MPa，记录第n次底波和第n+i次底波的峰值位置或起始位置的时间差t_j⁽ⁱ⁾，则每一应力下超声波波速v_j＝2i×s÷t_j⁽ⁱ⁾；以(v_j‑v₀)为横坐标，以应力为纵坐标，在直角坐标系上标出不同应力对应的超声波波速，将各点进行线性拟合，拟合后直线的斜率称为声弹性系数K，取另一个相同的试样重复上述标定过程，只有当两次标定获得的声弹性系数K偏差在20％以内时视为标定结果有效，否则认为试验误差过大，需要重新执行上述标定步骤，将标定结果有效的二个声弹性系数K的平均值K_平均作为实际使用的声弹性系数，(2)测量2.1 样品要求及安放将待测材料加工出两个相对平行的平面，并且从这两个平面中任意一个平面上任一点向另一个平面做出的垂线必须为样品厚度方向，将待测材料安放在水槽中，安放时需要保证上述平面与水平面平行，安放完成后，水槽中的水淹没待测材料10‑150mm；2.2 连接仪器通过同轴电缆将超声探伤仪的激励/接收接口与频率为1‑25MHz的水浸超声纵波直探头连接，水浸超声纵波直探头安装在能够进行三轴协同运动的扫查架上，控制水浸超声纵波直探头位置，使水浸超声纵波直探头进入水中后与待测材料的上平面之间保持距离10‑130mm，且水浸超声纵波直探头与水平面垂直；2.3 扫查给超声探伤仪输入一个与待测材料相应的声速V₀，利用扫查架使探头在固定水平高度上进行平面扫查，在平面扫查过程中保持声速V₀不变，记录下水浸超声纵波直探头在扫查过程中所有位置处收到的第n次底波和第n+i次底波的峰值位置或起始位置的时间差T_k⁽ⁱ⁾或厚度差S_k⁽ⁱ⁾，如果记录的是时间差，则待测材料各位置的超声波波速V_k＝2i×s÷T_k⁽ⁱ⁾，如果记录的是厚度差，则待测材料各位置的超声波波速V_k＝2i×s÷(2i×S_k⁽ⁱ⁾÷V₀)；(3)成像3.1 获得残余应力求出待测材料中最快的超声波波速与最慢的超声波波速的平均值V_平均，则残余应力σ_k＝K×(V_k‑V_平均)；3.2 成像将各测量位置的坐标形成一个二维位置矩阵，将各位置的残余应力σ_k中最大的应力值定义为256，最小的应力值定义为0，中间划分为256级，每一级对应一个灰度值或色彩值，将灰度值或色彩值填充到相应的位置矩阵中，绘制出应力分布二维灰度图或者应力分布二维彩虹图。