[發明專利]一種超聲波平面楔塊用于曲面工件的殘余應力測量方法

有效

• 申請號: 201811344484.6
• 申請日: 2018-11-13
• 公開（公告）號: CN109341912B
• 公開（公告）日: 2019-11-01
• 發明（設計）人: 陳兵;朱忠尹;茍國慶;張曦;付正鴻;馬傳平;廖子川;靳軍軍;胡彧孜;路偉
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G01L1/25
• 分類號: G01L1/25
• 代理公司: 成都眾恒智合專利代理事務所(普通合伙) 51239
• 代理人: 吳桐

一種將平面楔塊用于曲面工件殘余應力測量的方法，其步驟如下：S1、對零應力平面工件進行超聲波應力測試，采集零應力平面工件的測量波形x(n)，然后標定平面工件的名義聲彈性系數K_Pla；S2、將平面楔塊用于對待測曲面工件的超聲波應力測試，采集曲面工件的測量波形y(n)；S3、計算x(n)和y(n)的波形時延Δt_Det，計算待測曲面工件的殘余應力σ_Cur：其中，L_Wor,Pla為臨界折射縱波在平面工件中的實際傳播距離；L_Wor,Cur為臨界折射縱波在曲面工件中的實際傳播距離；Δt_Geo為在采用平面楔塊對平面工件和曲面工件進行超聲波應力測試時，由于平面工件和曲面工件幾何結構不同，超聲波在楔塊和耦合層中傳播時間不同造成的聲時差。該方法能簡便快捷、低成本，精度高。

技術領域

本發明涉及一種超聲波平面楔塊用于曲面工件的殘余應力測量方法，屬于殘余應力的無損檢測領域。

背景技術

金屬材料在機械制造過程中不可避免地會產生塑性應變，導致殘余應力，同時在工件服役過程中，工件的內部受到老化或外部載荷的影響，殘余應力將發生變化。測量工件殘余應力不僅能為結構服役的安全評價提供數據支撐，而且還能在此基礎上改進生產工藝和構件加工方法從而進一步延長工件的使用壽命，降低生產運營成本。

物體內的應力檢測技術有很多種，根據是否破壞被檢測物體，可細分為三大類：有損檢測、微損傷檢測和無損檢測有損檢測和微有損檢測又稱為機械檢測方法，其中鉆孔法應用最為普遍。無損檢測則是用非破壞性的物理方法對構件應力進行檢測，主要包括X射線衍射法、光彈性法、渦流法和超聲波法等方法。其中X射線法，超聲法在軌道交通領域應用最為普遍。

超聲波測量殘余應力是基于聲彈性理論，當構件受到力作用時會導致超聲波在材料內部的傳播速度、超聲頻率、振幅、相位和能量等參量的變化，通過對構件內超聲波這些參量的測量，根據相關模型可間接求出構件內部的應力值。

在超聲波殘余應力測量技術的前期研究中，大量的平面材料被用于實驗，但實際的工程應用中對應力控制要求高的工件多為曲面工件，如壓力容器、高鐵轉向架、石油管道等。而在對曲面工件進行超聲波殘余應力測量時，多數使用的楔塊為平面楔塊，導致臨界折射縱波的傳播路徑發生改變，因此超聲波法對曲面工件應力測量時有必要對測量結果進行修正。

在現有方法中，更多的是根據曲面工件的半徑定制合適的楔塊來保證工件與探頭的耦合，但在實際測量中發現用耦合劑填補平面楔塊和工件間的空隙一樣可以采集到足夠強度的測量波形，同時該方法不用定制不同曲率的楔塊，實用性更高成本更低。

發明內容

本發明的目的是通過提供一種將平面楔塊用于曲面工件殘余應力測量的方法。該方法能簡便快捷、低成本，高精度地測量曲面工件的殘余應力。

本發明實現其發明目的所采取的技術方案是：一種超聲波平面楔塊用于曲面工件的殘余應力測量方法，其步驟如下：

S1、制作與待測曲面工件相同材料的零應力平面工件，放置平面楔塊、超聲激發探頭和超聲接收探頭進行超聲波應力測試，超聲接收探頭采集零應力平面工件的測量波形x(n)，然后在零應力平面工件上施加不同的應力σ進行超聲波應力測試，標定平面工件的名義聲彈性系數K_Pla；

S2、在待測曲面工件上放置平面楔塊、超聲激發探頭和超聲接收探頭，涂抹足夠的耦合劑充分填補平面楔塊和曲面工件間的空隙，進行超聲波應力測試，超聲接收探頭采集曲面工件的測量波形y(n)；判斷測量波形y(n)中是否接收到臨界折射縱波，若沒有接收到臨界折射縱波，則調整超聲激發探頭和超聲接收探頭的相關參數，重新測量保證超聲接收探頭接收到臨界折射縱波；若接收到臨界折射縱波，則進行下一步；