[发明专利]残余压应力定值试块的制作工艺及其使用和保存方法

说明书

一、技术领域

本发明涉及一种残余压应力试块的制作工艺及其使用和保存方法。所述残余压应力定值试块适用于残余应力超声波无损检测系统的校准。

二、背景技术

残余应力测量方法主要有机械法与物理法。其中，机械法会对结构造成损害，不适宜非破坏性结构的应力检测；物理法主要包括X射线衍射法、磁性法、中子衍射法及超声法等，考虑到安全性以及便携性，超声法在众多无损检测应力方法中优势明显。超声法主要是运用超声临界折射纵波实现残余应力检测。超声应力检测理论已经很成熟，但是根据原理，这种方法检测到的是相对应力值，要想实现绝对残余应力的检测，需要研制具有定值的残余应力标准试块来对检测结果及检测系统予以校准。

目前残余应力标准定值试块的研究，主要是针对X射线衍射法。论文：（王洪，陈开来，李光瑾，等.渗碳淬硬层残余应力试样制作过程对测试效果的影响.上海电机学院学报.2011,4(14):277-280.）中提到将待测材料的金属粉末压铸成一定尺寸的试块，根据压铸好的试块晶格的变化来进行残余应力标定。另外，论文（S.Quinn,J.M.Dulieu-Barton and J.M.Langlands.Progress in Thermoelastic Residual Stress Measurement.Strain(2004)40:127-133.）中提到英国研究人员将钢材弯曲成弓的形状，通过弯曲的方法制造了残余应力试块。这些试块的结构较为特殊，制造方法较为复杂，不易实现。为此，人们希望能获得一种结构简单且准确可靠的残余应力标准定值试块，并希望通过一种简单的方法获得。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种残余压应力定值试块的制作工艺及其使用和保存方法。对残余应力超声无损检测系统予以校准，实现对残余应力绝对值得测量，并使检测结果准确可靠。

残余压应力定值试块是一个经过热处理的长方体形状金属块，所述金属块经过不同参数的喷丸处理后会在其表面产生不同的残余应力。

本发明提供了一种残余压应力定值试块的制作方法，其制作过程为，选取屈服强度比较高的某种钢材作为实验材料作为例子，先对其进行热处理以消除内部残余的应力，而后再进行喷丸处理，在钢板表面预置残余应力。

上述方法简单，获得的残余应力定值试块准确可靠。

本发明还提供了一种残余压应力定值试块的使用和保存方法，用超声测量试块应力时应在指定位置测量，使得每次测量位置相同，从而更精确的测量其应力值。试块不使用时应储存在恒定温度环境下，温度为20℃左右，并且要防止试块受到冲击和振动，该保存方法能使定值试块保持稳定的残余压应力。

四、附图说明

图1残余压应力定值试块材料和应力检测示意图

1—超声换能器  2—楔块  3—固定装置  4—喷丸区域  5—应力检测区域

图2残余压应力定值试块的制作工艺流程图

图3残余压应力定值试块准备材料热处理曲线

五、具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：

残余压应力定值试块的制作工艺：

1.以高强度钢作为试块的制作材料为例，用等离子切割方式切割成一定尺寸的试块若干，如图1所示，其尺寸为L×B×H（L=60～100mm，B=30～50mm，H=5～30mm），试块的表面粗糙度≤Ra6.4。

2.将试块进行退火处理，消除试块的加工应力。具体热处理工艺如下：

将试样由室温缓慢、均匀加热（加热速度V1≤200℃/h）到500～600℃左右，在此温度下保温4～6小时，然后温度缓慢（冷却速度V2≤250℃/h）均匀地冷却到100～120℃以下，再出炉冷却至室温。其工艺曲线如图3所示。热处理后，对工件表面氧化膜进行清理。

3.对试块喷丸处理，喷丸参数如下：弧高度为0.3A，弹丸直径为0.6mm，喷嘴距离为130mm，气压为4.5MPa，喷丸时间为40s～400s。

4.测量经过喷丸处理后试块的残余应力值，考察其经过一段时间的残余应力变化情况，待其稳定后可作为定值参考试块。

5.如果需要获取不同大小残余应力值得喷丸试块，只需改变喷丸参数，按照上述相同的步骤进行操作。

残余压应力定值试块的使用和保存方法：

残余压应力定值试块制作完成后，在测量其残余应力值后，将试块保存在恒温箱等恒定温度环境下，温度为20℃左右，从而消除温度的交替变化使试块发生热胀冷缩，使残余应力不断松弛。使用试块时注意检测位置固定在某个区域，从而更准确的测量出其内部保持的定值，使用完毕后及时放回恒温箱中。另外，在试块保存过程中，应尽量避免发生冲击和振动而使其残余应力释放，而且定期的进行监测并记录试块残余应力的变化。每次校准完残余应力超声检测系统，及时将试块放回到恒温箱中。