[发明专利]一种超声水浸无损评价残余应力的方法

说明书

技术领域

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。

背景技术

很多材料都要求对其内部的残余应力进行无损测量，以达到预防加工变形和深入了解材料特性的要求。超声波无损评价材料残余应力技术已经成为可供选择的技术之一。但是，目前的超声残余应力测量技术存在以下两个问题：第一是临界折射纵波法的测量深度较浅，临界折射纵波法采用在材料表面以下一个超声波波长范围内传播的临界折射纵波评价材料中的残余应力，其测量深度最大不超过10mm，无法反应材料内部的残余应力；第二个问题是横波法超声应力测量的检测效率过低，横波法超声残余应力测量需要粘度较大的专用耦合剂，每一测量位置都需要旋转探头，单次测量耗时较大，且探头移动困难，不能实现连续自动化测量。

发明内容

本发明针对上述问题设计了一种超声水浸无损评价残余应力的方法，本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

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