一种基于无损探伤探测机器零件或材料寿命的方法

摘要

本发明涉及一种基于无损探伤探测机器零件或材料寿命的方法，解决了传统探伤难以对零部件因缺陷的存在造成何种影响的问题，所述方法步骤如下：利用超声波脉冲反射法无损检测机器零件或材料中的缺陷；精确定位被检机器零件或材料中的缺陷位置；精确确定被检机器零件或材料中的缺陷大小；对机器零件或材料进行受力分析；利用断裂力学对机器零件或材料进行无损评价估算。

主权项

一种基于无损探伤探测机器零件或材料寿命的方法，其特征在于：所述方法步骤如下：(1)利用超声波脉冲反射法无损检测机器零件或材料中的缺陷：脉冲振荡器产生超声波，并把超声波通过超声波探头入射到被检机器零件或材料表面，所述超声波无损探伤分为垂直探伤和斜射探伤，当为垂直探伤时，分为三股波返回至超声波探头，所述三股波分别为：始波、伤波和底波；当为斜射探伤时，分为二股波返回至超声波探头，所述二股波分别为：始波和伤波，超声波探头接收到所述三股波或二股波后通过高频电压发生器转换成高频电压，并通过接收放大器进入示波器，同时脉冲振荡器产生的超声波通过高频电压发生器产生高频电压作为对比信号也直接通过接收放大器进入示波器中，所述示波器横坐标以脉冲振荡器的起震荡时间为基点，把辉点向右移动，从而在示波器上可以得到波形图，通过波形图，可以看出被检机器零件或材料是否有缺陷、缺陷的部位及大小；(2)精确定位被检机器零件或材料中的缺陷位置：——精确定位缺陷在探测面上投影位置：L＝S*sinγ式中：L‑‑‑入射点到缺陷的水平距离；γ‑‑‑折射角；S‑‑‑探测面的入射点至缺陷的波程；——缺陷波程s的测定:固定标尺法垂直探伤：h＝H*S_伤屏/S_底屏式中：h‑‑缺陷与机器零件或材料的探测面距离；H–机器零件或材料的厚度；S_伤屏‑‑缺陷波和始波在固定标尺上的距离读数；S_底屏‑‑底波与始波间在固定标尺上的距离读数；斜射探伤：当斜射探伤时，所述缺陷波程s的测定方法如下：测量时，先找一块与待测机器零件或材料同质同厚的材料做试件，然后使探头对试件的垂直边缘慢慢向后移动，直到反射波穿过底角、即在示波器显示屏上显示一个最高位置为止，此时，声波入射点到机器零件或材料底面尖角处的距离为正射波法的波程，用S_1/2表示，入射点到垂直端面边缘的距离用P_1/2表示，荧光屏上，固定标尺的零点与底角反射波，即荧光屏上显示最高位置的距离为S_1/2屏，此时，将探头移至机器零件或材料进行探测缺陷，直到荧光屏上出现缺陷的脉冲波，这样就可计算出缺陷波程s：s＝S_1/2S_伤屏/S_1/2屏S_1/2＝P_1/2/sinγ——精确确定缺陷存在的深度：h＝s*cosγ式中：s‑‑‑声波自探测表面到缺陷的波程；(3)精确确定被检机器零件或材料中的缺陷大小：脉冲消失法在探测发生缺陷后，将超声波探头前后左右移动，找出缺陷波消失的位置a和b，然后用下式计算缺陷大小dd＝L‑2h*tanθ式中：L‑‑‑当缺陷消失时两探头位置(a、b)边缘间的距离；h‑‑‑缺陷存在的深度；θ‑‑‑声束的半扩散角；(4)对机器零件或材料进行受力分析：根据上述(1)‑(3)三步，将探测出的各种缺陷进行几何化处理后，找出垂直于工作应力或服役时承受的外加应力这一方向的最大缺陷，查找工程构件所用材料的各种性能指标；(5)对机器零件或材料进行无损评价估算：利用工程材料断裂力学进行计算计算材料或构件在服役应力下存在裂纹的开裂尺寸a_c，δ_f＝K_1c/Ya_c^1/2式中：δ_f——是工程构件服役时的外加应力(MPa)；K_1c——是工程构件所用的材料的断裂韧性(MPa·m^1/2)，通过查找相关材料手册获得；Y——形状因子，取决于缺陷在材料中的位置和取向；a_c——是工程构件材料中的临界裂纹大小(m)；估算机器零件或材料的剩余寿命$N={\int }_{a_0}^{a_c}\mathrm{da}/c{\left(\mathrm{\Delta K}\right)}^{-n}$式中：N——是所含缺陷工程构件的寿命，即循环周次；c,n——随材料而变化的常数；ΔK——工程材料裂纹尖端的应力场强度因子幅，通过构件的服役状态分析获得；a₀,a_c——工程构件中缺陷的起始尺寸和临界裂纹尺寸。