[发明专利]一种电磁超声仪测量残余应力的方法

说明书

本发明涉及工程材料技术领域，具体涉及一种残余应力测量方法。本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于电磁超声仪测量残余应力的方法，该方法包括如下步骤：SO1、试件去应力处理步骤；SO2、测量声时值步骤；SO3、横波声弹性系数和各向异性参数确定步骤；SO4、建立声速与应力的关系方程步骤；SO5、残余应力测量步骤。本发明的目的是提供一种电磁超声仪测量残余应力的方法，电磁超声法具有非接触、无损性、耐高温等优点，并且可同时测量横向应力和纵向应力。

技术领域

本发明涉及工程材料技术领域，具体涉及一种残余应力测量方法。

背景技术

残余应力是指产生应力的各种外部因素撤除之后在材料内部依然存在，并 通过自身保持平衡的应力。在许多工程材料(如陶瓷、金属、玻璃)中，残余应力都会在加工、焊接、喷丸等过程中产生。残余应力会影响结构的机械性能，如疲劳强度、断裂韧性及耐磨性等。对于半导体产品，残余应力会影响其使用寿命。另一方面，内部应力能提高电子迁移率从而大幅提高设备充电速度。因此，残余应力的测量在关键部件的使用寿命设计等方面具有非常重要的意义。

现有技术中，通常采用机械测量法测量残余应力，例如公开号为CN104236768A的中国专利文件所公开的技术方案中，利用机械应力释放法，能够直接估计残余应力而不需要参考试样。

但存在缺点即：机械测量法需要将材料中的残余应力释放，会损伤材料，其有损性限制了在工业上的广泛应用，而且不能同时测量横向应力和纵向应力。

发明内容

本发明的目的是提供一种电磁超声仪测量残余应力的方法，电磁超声法具有非接触、无耦合剂、无损性、操作简单、耐高温等优点，而且可同时测量横向应力和纵向应力，具有良好的应用前景。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种基于电磁超声仪测量残余应力的方法，该方法包括如下步骤：

SO1、试件去应力处理步骤：

对试件去应力处理，消除残余应力；

SO2、测量声时值步骤：

电磁超声探头吸附拉伸试件，以不同应力加载，测量每个应力下对应的声时值；

SO3、横波声弹性系数和各向异性参数确定步骤：

通过数据线性拟合，得到横波声弹性系数和各向异性参数；

SO4、建立声速与应力的关系方程步骤：

测得的数据结果代入声速值、横波声弹性系数、和各向异性参数的关系式，得到声速与应力的关系方程；

SO5、残余应力测量步骤：

电磁超声仪测量待测材料声速值，代入声速与应力的关系方程中，获得应力值。

加工平行轧制方向和垂直轧制方向的拉伸试件，并进行去应力退火热处理，能够保证消除残余应力，减小对后续外界加持应力的影响，减少结果误差。

先利用游标卡尺测量试件的厚度h，将拉伸试件固定在万能试验机上进行拉伸，再将电磁超声探头吸附在拉伸试件中部，并且转动探头使得探头上的红线垂直于试样轴线方向，确保两束横波的偏振方向分别平行于与垂直于试样的轴线方向，随后从零开始，进行单轴步进应力加载，测量每个应力下的声时值T,声时值为电磁超声仪在试件表面激发出的超声波通过试件后，从试件底部发射回试件表面所需的时间。

将测得的试件厚度H乘以2除以测得的声时值T获得超声横波的声速值V，并将测得的数据代入（1）式,（1）式为该领域已知公式，

（1）