[發(fā)明專利]一種扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力超聲無(wú)損檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610009044.X
• 申請(qǐng)日: 2016-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105424243B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-06-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 徐春廣;王俊峰;李煥新;白曉光;田海兵;宋劍鋒;呂卓;肖定國(guó);潘勤學(xué)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L1/25
• 分類號(hào): G01L1/25
• 代理公司: 北京華夏正合知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11017
• 代理人: 韓登營(yíng)

本發(fā)明涉及一種扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力超聲無(wú)損檢測(cè)方法，超聲縱波通過(guò)一次波形轉(zhuǎn)換在軸的扭轉(zhuǎn)面上形成臨界折射縱波，測(cè)出臨界折射縱波在軸中傳播的時(shí)間，由聲彈性理論便可計(jì)算出相應(yīng)的扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力。而且通過(guò)改變超聲縱波的頻率還可以測(cè)出同一扭轉(zhuǎn)面上不同深度下的扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力。該技術(shù)發(fā)明可以有效地解決不同角度扭轉(zhuǎn)面上扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力大小分布問(wèn)題，找到主應(yīng)力方向，還可進(jìn)行疲勞強(qiáng)度的分析，非常適合在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)、維修維護(hù)現(xiàn)場(chǎng)廣泛使用，是一種超聲波檢測(cè)殘余應(yīng)力分布的新方法，具有非常光明的應(yīng)用前景。

一、技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力的超聲無(wú)損檢測(cè)方法，該方法利用超聲臨界折射縱波來(lái)檢測(cè)軸類構(gòu)件在扭轉(zhuǎn)過(guò)程中在不同方向產(chǎn)生的殘余應(yīng)力。

二、背景技術(shù)

扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力存在于圓筒類構(gòu)件、軸類構(gòu)件等傳動(dòng)構(gòu)件中，對(duì)傳動(dòng)強(qiáng)度有重要影響。傳動(dòng)構(gòu)件在服役過(guò)程中承受大應(yīng)力隨機(jī)扭轉(zhuǎn)載荷，多由于裂紋、表面劃痕和內(nèi)部缺陷導(dǎo)致的斷裂，這種疲勞斷裂是極其常見(jiàn)的、嚴(yán)重的失效形式。扭轉(zhuǎn)斷裂屬于低應(yīng)力扭轉(zhuǎn)疲勞斷裂，通過(guò)斷口宏觀、微觀和根據(jù)測(cè)定的硬度分布曲線分析，造成的原因一般是由于在服役過(guò)程中，長(zhǎng)期沖擊與振動(dòng)，一直承受交變應(yīng)力的作用，在正應(yīng)力和剪應(yīng)力復(fù)合作用下裂紋迅速逐漸擴(kuò)展而斷裂。

現(xiàn)有的殘余應(yīng)力檢測(cè)方法主要是小孔法、X射線衍射法、電磁法、中子衍射法和超聲無(wú)損檢測(cè)方法，其中小孔法對(duì)對(duì)零件表面有破壞作用，只能用于抽檢，不能批量檢查，而且不能檢測(cè)服役中的構(gòu)件；X射線對(duì)人體有傷害且其滲透深度小、中子衍射法對(duì)人體的傷害也很嚴(yán)重，不僅要求特殊保護(hù)環(huán)境，而且檢測(cè)設(shè)備復(fù)雜，無(wú)法用于傳動(dòng)構(gòu)件的檢測(cè)；電磁方法目前還不能定量檢測(cè)殘余應(yīng)力，而且受到被檢測(cè)部件剩磁程度的影響。

超聲無(wú)損檢測(cè)方法因其使用靈活方便、適合現(xiàn)場(chǎng)使用、對(duì)人體無(wú)害、可以量化檢測(cè)殘余應(yīng)力，因此，受到廣泛關(guān)注。本發(fā)明采用超聲臨界折射縱波來(lái)檢測(cè)傳動(dòng)構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力，可以無(wú)損的對(duì)傳動(dòng)構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)于構(gòu)件的質(zhì)量檢測(cè)、疲勞壽命評(píng)估、生產(chǎn)質(zhì)量檢驗(yàn)等都具有非常重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義。

在知網(wǎng)上檢索1997～2015年間專利與服務(wù)系統(tǒng)和相關(guān)公開(kāi)文獻(xiàn)，目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)類似的檢測(cè)傳動(dòng)構(gòu)件扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力的公開(kāi)的論文、發(fā)明專利或?qū)Ｓ屑夹g(shù)。

三、發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力的超聲無(wú)損檢測(cè)方法，解決了傳動(dòng)構(gòu)件的扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力的快速無(wú)損檢測(cè)問(wèn)題，而且方法具有可重復(fù)性。

本發(fā)明是依據(jù)Snell定律在軸表面激發(fā)臨界折射縱波來(lái)檢測(cè)扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力的。針對(duì)工件的直徑和材料設(shè)計(jì)成不同聲束角度的聲楔塊，同時(shí)聲楔塊可根據(jù)要檢測(cè)的方向，設(shè)計(jì)成與軸向成不同角度的扭轉(zhuǎn)楔塊，在聲楔塊的兩端安裝某一頻率的超聲換能器，通過(guò)兩個(gè)超聲換能器激發(fā)與接收超聲波的時(shí)間差得出軸的臨界折射縱波傳播的時(shí)間，由聲彈性理論得出軸所測(cè)方向的扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力。通過(guò)改變超聲波頻率，可以檢測(cè)出工件扭轉(zhuǎn)曲面上不同深度的平均扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力。

四、附圖說(shuō)明

圖1是扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力檢測(cè)原理示意圖主視圖；

圖2是扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力檢測(cè)原理示意圖俯視圖；

圖3是扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力檢測(cè)原理示意圖剖面圖；

五、具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明：

扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力是指軸類、圓筒類等傳動(dòng)構(gòu)件在加工、服役過(guò)程中殘留在內(nèi)部的應(yīng)力，對(duì)傳動(dòng)構(gòu)件的壽命、安全性有重要影響。這里以傳動(dòng)軸為例，檢測(cè)其30°扭轉(zhuǎn)方向的扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力。

1.軸扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力檢測(cè)原理

由聲彈性理論可知：超聲波在各向同性彈性介質(zhì)中傳播時(shí)，當(dāng)波動(dòng)質(zhì)點(diǎn)的偏振方向與殘余應(yīng)力方向一致或相反時(shí)，超聲波波速改變量與殘余應(yīng)力變化量成線性關(guān)系。因此，可以利用超聲臨界折射縱波檢測(cè)軸的扭轉(zhuǎn)殘余應(yīng)力。