[發明專利]氣孔直徑影響臨界折射縱波評價金屬材料應力的修正方法

有效

• 申請號: 201610111236.1
• 申請日: 2016-02-29
• 公開（公告）號: CN105698988B
• 公開（公告）日: 2018-04-13
• 發明（設計）人: 劉彬;繆文炳;吳緒磊;李瑞峰;王鳳江
• 申請（專利權）人: 江蘇科技大學
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25;G01L5/00
• 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

本發明涉及的是氣孔直徑影響臨界折射縱波評價金屬材料應力的修正方法，具體來說涉及一種臨界折射縱波評價應力的無損方法。

背景技術

工程機械裝備關鍵零部件的失效是導致工程機械裝備整體失效的主要原因，為減少人員傷亡以及安全事故的發生，在工程機械裝備仍具有一定使用壽命時便將其報廢。為此，我國每年都以廢舊鋼鐵形式回收大量的鋼鐵類工程機械設備，并作為初級材料對其進行再加工制造，這不僅造成資源、能源的浪費以及環境污染，而且與我國堅持資源、環境和社會可持續發展的目標背道而馳。因而，探討可實現工程機械裝備關鍵零部件服役安全與質量的評價方法對其服役性能與壽命保障就顯得極為重要。

材料失效分析理論表明，應力(工作應力或殘余應力)是影響甚至決定工程機械裝備關鍵零部件服役安全與質量的關鍵因素，因而探討可實現應力評價的方法對工程機械裝備關鍵零部件服役安全與質量的保障就顯得極為重要。目前，應力評價方法可分為無損法與有損法兩類。有損法是在破壞零部件整體使用性能基礎上實現應力的評價，如彎曲法、小孔法等，該類方法雖可實現應力的評價，但存在一定問題，如不滿足現場快速檢測與在線評價要求，由于抽樣檢測不可避免為零部件服役安全與質量造成隱患；無損法是在保證零部件整體使用性能基礎上實現應力的評價，如超聲波法、光學法、射線法等。相對而言，光學法對檢測環境要求極高，不便于現場檢測，如云紋干涉法。射線法需配備專業的射線防護裝置以防止操作人員身體健康受到危害，且設備價格昂貴。臨界折射縱波是超聲波法的一種，具有檢測效率高、操作方便安全、適于現場檢測及可實現在線檢測等優點，且設備價格便宜，便于攜帶，因而在應力評價領域引起眾多學者的關注。

目前，臨界折射縱波法主要以完整單一材料為評價對象，忽略或不考慮材料缺陷對應力評價的影響，然而缺陷(尤其是內部不可見缺陷)是不可避免存在的，且缺陷不僅改變應力的分布，而且影響應力的數值。相關研究表明，工程機械裝備關鍵零部件的失效往往是由缺陷與應力共同作用導致。因而，在臨界折射縱波評價應力理論基礎上，如能建立一套行之有效的對氣孔直徑影響臨界折射縱波評價應力結果進行的修正方法不僅可保證臨界折射縱波評價應力結果精度，而且可對工程機械裝備關鍵零部件服役壽命的預測提供技術支撐。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明目的在于提供一種氣孔直徑影響臨界折射縱波評價金屬材料應力的修正方法，結合“當量法”，以規則盲孔模擬內部氣孔，解決金屬材料內部氣孔缺陷及其尺寸對臨界折射縱波評價應力的影響。

臨界折射縱波法以超聲波聲彈性理論為基礎，通過建立臨界折射縱波傳播速度與應力間對應關系即可實現應力的評價，但該效應是一種弱效應，一般而言，100MPa應力引起超聲波在鋼中傳播速度的變化量約為0.01％，因而臨界折射縱波傳播速度的精確測量對應力評價結果就顯得極為重要。為此，本發明以臨界折射縱波通過固定傳播距離的時間差代替臨界折射縱波傳播速度，通過建立臨界折射縱波傳播時間差與應力間關系，獲得臨界折射縱波聲彈性系數，進而建立臨界折射縱波聲彈性系數與盲孔直徑間對應關系，最終實現氣孔直徑影響臨界折射縱波評價應力的修正。

一種氣孔直徑影響臨界折射縱波評價金屬材料應力的修正方法，步驟如下：

步驟一，選擇厚度大于3.0mm的金屬材料調整臨界折射縱波激發參數，選擇探頭激發模式，以臨界折射縱波接收信號幅值為評價參數，選擇臨界折射縱波中心頻率及其在試樣中的傳播距離；

所述的金屬材料不包含衰減明顯的金屬材料；

所述的臨界折射縱波中心頻率在1.0～10MHz之間；

在所述的傳播距離內，臨界折射縱波信號幅值不小于其最大值的10％。

步驟二，在金屬材料試樣一側加工寬度恒定、深度不同的規則矩形槽，固定臨界折射縱波激發參數不變，調節探頭激發模式，依次采集通過深度由小到大的矩形槽的臨界折射縱波，直至臨界折射縱波接收信號消失，記錄該檢測參數對應的矩形槽深度；

所述的規則矩形槽的寬度大于臨界折射縱波在實驗材料中的波長。

步驟三，確定盲孔深度、中心間距及與試樣寬度邊緣的間距，加工預制盲孔的非標準靜載拉伸試樣；

其中，盲孔中心間距不小于相鄰盲孔直徑和的3倍，與試樣寬度邊緣的間距不小于盲孔直徑最大值的6倍。

步驟四，將預制盲孔的非標準靜載拉伸試樣豎直加持于靜載拉伸試驗機，依據金屬材料力學性能設定相應的加載程序，安裝臨界折射縱波探頭加持裝置，調節臨界折射縱波探頭與金屬材料試樣間耦合狀態，獲得穩定的臨界折射縱波；