[發明專利]一種基于超聲表面波的薄熔覆層厚度無損評價方法

有效

• 申請號: 201310573756.0
• 申請日: 2013-11-18
• 公開（公告）號: CN103615995A
• 公開（公告）日: 2014-03-05
• 發明（設計）人: 劉彬;王鳳江
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G01B17/02
• 分類號: G01B17/02
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

技術領域

本發明涉及的是一種薄熔覆層厚度的無損測量方法，具體來說涉及一種基于超聲表面波的薄熔覆層厚度無損評價方法。

背景技術

目前，我國每年都有大量的廢舊鋼鐵零部件作為廢鋼鐵進行材料級回收而造成資源、能源的浪費以及環境的污染。從資源、環境和社會經濟可持續發展出發，對廢舊鋼鐵零部件進行回收和再制造處理，對節能節材、環境保護以及推動社會經濟與環境的協調發展具有重大意義。

在廢舊工件表面制備所需性能的涂層是提高工件表面性能及延長服役壽命的有效方法。激光熔覆技術具有熔覆效率高、熱影響區小、與基體形成冶金結合等優點，因而在再制造領域得到廣泛關注和應用。激光熔覆層厚度是影響激光熔覆再制造產品質量性能的重要因素之一，尤其對密封或配合零部件而言，因此，對激光熔覆層厚度進行評價對保證激光熔覆再制造產品的質量就顯的極為重要。目前，厚度測量方法主要為金相法、超聲縱波法及電磁法等，雖然上述方法可在一定程度實現激光熔覆層厚度的評價，但均存在一定的問題，如金相法需破壞試樣的整體使用性能，且為抽樣檢測；超聲縱波法在試樣表面存在檢測盲區，不能實現薄激光熔覆層（厚度≤3.0mm）厚度的評價；電磁法只適用于導電/磁材料，局限性較大。但對于密封或精密配合的零部件而言，激光熔覆層厚度一般較小，因而如果能建立一套行之有效的薄激光熔覆層厚度的無損評價方法，對提高激光熔覆再制造產品的可靠性和安全性的意義非常重大。

發明內容

本發明的目的在于克服現有薄熔覆層厚度評價技術中的不足，提出一種基于超聲表面波的無損評價方法，這不僅可實現薄熔覆層厚度快速、方便、無損評價，避免抽樣檢測帶來的質量安全隱患，提高薄熔覆層厚度評價結果精度，還在此基礎上詳細地給出了實現薄熔覆層厚度無損評價的技術方法，為提高熔覆再制造產品的可靠性和安全性提供了技術支撐。

薄熔覆層厚度的超聲表面波評價是在激光熔覆層試樣中超聲表面波傳播速度測量基礎上實現的，即通過建立熔覆層厚度與超聲表面波傳播速度間關系而實現熔覆層厚度的無損評價。鑒于精確測量超聲表面波在熔覆層試樣中傳播速度的難度較大，因而，本發明轉向計算超聲表面波在熔覆層試樣中通過相同距離所用時間差來表征傳播速度的改變量，即建立超聲表面波在不同厚度熔覆層試樣中通過相同距離所用的時間差與厚度間關系。

該對應關系可通過以下步驟得到：

步驟一，固定熔覆工藝參數不變，采用多層堆積和多道搭接方式在45鋼表面制備熔覆層，基于機加工方法得到不同厚度的熔覆層試樣。

步驟二，采用熱處理方法對各厚度熔覆層試樣進行去應力退火處理，并作為標準試樣對熔覆層厚度進行標定。

步驟三，固定超聲表面波信號激發參數不變，改變超聲表面波在標準試樣中的傳播距離，采集并提取接收信號幅值，基于式（1）

A＝a·L^b??????????（1）

式(1)中：A：超聲表面波接收信號幅值；

L：超聲表面波在激光熔覆層試樣中的傳播距離；

a、b：與激光熔覆層試樣特性相關的常數;

得到表征超聲表面波衰減的關系式，計算接收信號幅值降為最大值60%時對應的傳播距離作為發射探頭和接收探頭的間距，制備雙超聲表面波探頭（一發一收）。

步驟四，采用超聲表面波檢測系統對不同厚度熔覆層標準試樣進行檢測，記錄檢測信號。定義某一超聲表面波信號為參考信號（如：以厚度為0mm標準試樣的超聲表面波信號作為參考信號），計算各厚度熔覆層標準試樣超聲表面波信號與參考信號間的時間差，并作為評價熔覆層厚度的特征參量。

步驟五，建立熔覆層厚度與特征參量間關系，采用多項式函數擬合得到熔覆層厚度評價公式，即完成熔覆層厚度的標定。

附圖說明

圖1為本發明超聲表面波檢測系統;其中，1：超聲波脈沖發射接收儀；2：數據采集設備；3：示波器；4：分析系統；5：雙超聲表面波探頭；6：超聲表面波探頭固定裝置；7：數據連接線；

圖2為本發明不同厚度Fe314激光熔覆層試樣的超聲表面波信號；

圖3為本發明Fe314激光熔覆層試樣超聲表面波信號間時間差與激光熔覆層厚度關系曲線。

具體實施方式

下面對本發明的實施例作詳細說明：本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述實施例。

選擇Fe314激光熔覆層為例對薄熔覆層厚度進行評價，該對應關系得到的過程如下：