[發明專利]基于超聲波法的鋁合金車體殘余應力測量零應力試塊的制作裝置及方法

有效

• 申請號: 201510347123.7
• 申請日: 2015-06-23
• 公開（公告）號: CN104913876B
• 公開（公告）日: 2017-10-03
• 發明（設計）人: 王傳剛;盧衍祥;林海年;單清群;宋洪臣;何曉龍;萬岳雄;李彥林
• 申請（專利權）人: 中車青島四方機車車輛股份有限公司
• 主分類號: G01L25/00
• 分類號: G01L25/00
• 代理公司: 中國商標專利事務所有限公司11234
• 代理人: 宋義興

技術領域

本發明屬于超聲波檢測及鋁合金材料應力檢測的交叉領域，具體涉及一種基于超聲波法的鋁合金車體殘余應力測量零應力試塊的制作裝置及方法。

背景技術

針對低碳鋼結構材料，可以制作去應力退火處理后的零應力標準試樣，然而對于高速列車車體鋁合金，其熱處理狀態及加工狀態對材料的機械物理性能直接相關，去應力退火處理雖然能消除、降低、均勻化應力分布，但同時鋁合金材料微觀組織和物理性能也將發生變化，而用于超聲波測量應力的臨界折射縱波對組織具有很高的敏感性，因而材料微觀組織和物理性能的變化對實際的測量會產生較大的誤差。為了提高超聲殘余應力測量的精度和可靠性，設計一種不同于去應力退火制作低碳鋼零應力試塊的制作方法。避免了使用去應力退火熱處理方法制作零應力試塊導致組織變化產生的測量誤差，提高超聲波法對鋁合金結構殘余應力測量結果的精度和可靠性。

發明內容

針對鋁合金材料組織對熱處理敏感的特征，提供一種基于超聲波法的鋁合金車體殘余應力測量零應力試塊的制作裝置及方法，其可避免使用去應力退火熱處理方法制作零應力試塊導致組織變化產生的測量誤差，提高超聲波法對鋁合金結構殘余應力測量結果的精度和可靠性。

本發明不同于去應力退火制作低碳鋼零應力試塊的制作方法，而是利用線切割制作兩塊材料、大小、尺寸一致的對應參考試塊，結合機械應力釋放方法中的切條法，對其中一塊非零應力狀態的試樣進行切條破壞，利用粘貼單向應變片和靜態應變儀測量其釋放應變，根據切條法測量出的應變值按照胡克定律計算出應力，另一塊試塊由于與被破壞試塊材料、大小、尺寸一致，可認為其內應力的大小和切條法所測釋放應力相等，該試塊即可認為是零應力試塊，并添加入零應力塊基礎數據庫中。實際測試應力時先調出該材料在零應力塊基礎數據庫中的參數，用該材料零應 力試塊進行零應力標定，然后再對測試對象進行測試，測試結果應加上(切條法所測應力結果為負值)或減去(切條法所測應力結果為正值)切條法所得到的應力值。

本發明的技術方案為：

一種基于超聲波法的鋁合金車體殘余應力測量零應力試塊的制作方法，其特征在于，對于一種鋁合金材料，先制作兩塊材料、大小、尺寸一致的試塊，對其中第一試塊測量其釋放應變，計算出初始應力值，另第二試塊由于與第一試塊即被破壞試塊的材料、大小、尺寸一致，可認為其所測釋放應力相等，將第二試塊認為是零應力試塊，第一試塊測得的初始應力值即為零應力塊初始應力值，對第二試塊進行超聲波應力測試，用第二試塊進行零應力標定，然后對該鋁合金材料作為測試對象進行測試，其測試結果將上述第一試塊得到的初始應力值作為誤差值去掉。

進一步地，采用切條法對第一試塊測量其釋放應變，在切條破壞后的第一試塊上粘貼單向應變片，單向應變片連接應變儀。

進一步地，利用線切割制作第一、第二試塊；切條法中用線切割將第一試塊進行分割成多塊，在多塊中的每個分割塊上粘貼單向應變片。

進一步地，包括如下步驟：

第一步，針對不同種類、熱處理狀態、初始塑性變形累積程度的一種鋁合金材料，通過拉伸試驗得到聲彈性常數K；

第二步，利用線切割制作兩塊材料、大小、尺寸一致的對應參考試塊；

第三步，結合機械應力釋放方法中的切條法，對其中第一試塊非零應力狀態的試樣進行切條破壞，利用粘貼單向應變片和應變儀測量其釋放應變，根據切條法測量出的應變值按照胡克定律計算出初始應力值，另第二試塊由于與第一試塊即被破壞試塊的材料、大小、尺寸一致，可認為其內應力的大小和切條法所測釋放應力相等，該第二試塊即可認為是零應力試塊，第一試塊測得的初始應力值即為零應力塊的初始應力值；

第四步，將該鋁合金材料牌號、熱處理狀態、加工狀態、尺寸大小、聲彈性常數K、初始應力值、表面粗糙度導入超聲波測試系統數據庫中；由該數據庫提供匹配的零應力試塊參數，用第二試塊進行零應力標定；

第五步，然后再對該鋁合金材料作為測試對象進行測試，測試結果加上(切條法所測應力結果為負值)或減去(切條法所測應力結果為正值)切條法所得到的初始應力值。

進一步地，對第一試塊進行4次切割，分成8小塊，每塊表面布置有上、下各一個單向應變片。

一種基于超聲波法的鋁合金車體殘余應力測量零應力試塊的制作裝置，其特征在于，包括第一試塊1、第二試塊4、單向應變片2、靜態應變儀3、超聲波換能器5、超聲波應力測試設備6，具體地：

第一試塊、第二試塊由一種鋁合金材料切割成兩塊而成，第一試塊、第二試塊的材料、大小、尺寸完全相同；