[發明專利]一種超聲無損評價鋁合金鍛件內部殘余應力水平的方法

有效

• 申請號: 201410251079.5
• 申請日: 2014-06-09
• 公開（公告）號: CN104048785A
• 公開（公告）日: 2014-09-17
• 發明（設計）人: 王曉;史亦韋;梁菁;李國愛;楊平華
• 申請（專利權）人: 中國航空工業集團公司北京航空材料研究院
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25
• 代理公司: 中國航空專利中心 11008
• 代理人: 李建英

技術領域

本發明屬于無損檢測領域，涉及一種超聲無損評價鋁合金鍛件內部殘余應力水平的方法。

背景技術

大型鋁合金鍛件為了達到力學性能要求，需要進行固溶及時效處理，在固溶過程中，由于鍛件的尺寸太大造成其在快速冷卻過程中各部位的冷速存在較大差異，從而產生不均勻的收縮變形，帶來較大的殘余應力。盡管通過冷壓、預拉伸、時效等工藝可以在一定程度上消除殘余應力，但這些工藝對殘余應力的消除效果與最初的殘余應力水平有關，不同的殘余應力狀態需要不同的消除工藝。但是，由于目前缺少一種能夠無損測量固溶過程中殘余應力的手段，使得現有的殘余應力消除工藝缺少參考依據而出現殘余應力消除不充分，進而造成大型鋁合金鍛件在后續加工中出現不規則變形，影響產品合格率。

傳統的無損評價殘余應力方法主要是X射線法和巴克豪森噪聲法，但它們的穿透深度較淺，前者只能測量材料表面幾十最多上百微米范圍內的殘余應力，后者的測量深度也不超過0.3mm。而造成加工過程中不規則變形的原因主要是鍛件內部的殘余應力，目前只有中子衍射法可以測量，但該方法需要龐大的設備投入，成本過高。

發明內容

本發明正是針對上述現有技術中存在的問題而設計提供了一種超聲波無損測量鋁合金鍛件內部殘余應力水平的方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

該方法的步驟是：

(1)選擇探頭

1.1選擇探頭

使用垂直發射的偏振橫波探頭，根據待測鋁合金鍛件的厚度選擇探頭的晶片直徑和頻率，選擇的原則是：探頭發出的超聲波在鋁合金鍛件中傳播時的二次底波的幅度不小于一次底波幅度的20％，如不滿足這一要求，需要選擇晶片直徑更大或頻率更低的探頭，直到滿足這一條件為止；

1.2選配耦合劑

使用與探頭相匹配的專用耦合劑，使探頭牢固固定在待測鍛件表面，同時保證探頭沿自身中心軸旋轉時不脫離鍛件表面；

(2)標定

2.1取樣

在待測鍛件上沿鍛件長度方向取下一個長200-300mm，寬10-30mm，厚5-20mm的拉伸試樣，

2.2標定

2.2.1連接設備

脈沖信號發生器的輸出接口和同步接口分別與多通道數字示波器的輸入接口和同步接口通過同軸電纜連接；通過同軸電纜將探頭接到脈沖信號發生器的發射/接收接口，

2.2.2夾持試樣并安放探頭

將試樣安裝在拉伸試驗機上，試樣長度方向為拉伸試驗機的加載方向，將探頭利用耦合劑耦合在拉伸試樣任意最大表面的中心，將引伸計加持在試樣寬度方向，

2.2.3標定測量參數

打開脈沖信號發生器和多通道數字示波器，旋轉探頭，使其接口方向與試樣長度方向平行，測量一次底波與二次底波的時間間隔，記為t₀，未加載荷時，橫波波速v₀＝2c÷t₀，其中，c為拉伸試樣的厚度；

對拉伸試樣施加逐漸增加的軸向拉伸載荷，直到軸向應力達到拉伸試樣屈服強度的70％-80％，在加載過程中，軸向應力每增加10-100MPa，分別一次底波與二次底波的時間間隔t_i；利用引伸計記錄下每一種載荷下試樣寬度b的變化Δb_i，則每一載荷下橫波波速v_i＝2×(c-c×Δb_i÷b)÷t_i；以軸向應力為縱坐標，以(v_i-v₀)為橫坐標，在直角坐標系上繪制出載荷與聲速變化關系曲線，將曲線進行線性擬合，擬合后直線的斜率稱為橫波聲彈性系數K；

(3)測量

3.1選擇待測位置

在鋁合金鍛件的最大表面上標出待測位置，待測位置必須包含該表面的中心點、距離任意一個側邊30-100mm以內的1-2個點、以及距離兩個鄰邊均在30-100mm以內的1-2個點，總的測量點數不少于5個，

3.2測量各個位置的橫波聲速