[發明專利]一種電磁超聲儀測量殘余應力的方法

在審

• 申請號: 202010199293.6
• 申請日: 2020-03-20
• 公開（公告）號: CN111307351A
• 公開（公告）日: 2020-06-19
• 發明（設計）人: 馮佳俊
• 申請（專利權）人: 湖州市特種設備檢測研究院
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01L5/173;G01N29/07;G01N29/34;G01N3/08
• 代理公司: 浙江千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 邵捷

本發明涉及工程材料技術領域，具體涉及一種殘余應力測量方法。本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：一種基于電磁超聲儀測量殘余應力的方法，該方法包括如下步驟：SO1、試件去應力處理步驟；SO2、測量聲時值步驟；SO3、橫波聲彈性系數和各向異性參數確定步驟；SO4、建立聲速與應力的關系方程步驟；SO5、殘余應力測量步驟。本發明的目的是提供一種電磁超聲儀測量殘余應力的方法，電磁超聲法具有非接觸、無損性、耐高溫等優點，并且可同時測量橫向應力和縱向應力。

技術領域

本發明涉及工程材料技術領域，具體涉及一種殘余應力測量方法。

背景技術

殘余應力是指產生應力的各種外部因素撤除之后在材料內部依然存在，并 通過自身保持平衡的應力。在許多工程材料(如陶瓷、金屬、玻璃)中，殘余應力都會在加工、焊接、噴丸等過程中產生。殘余應力會影響結構的機械性能，如疲勞強度、斷裂韌性及耐磨性等。對于半導體產品，殘余應力會影響其使用壽命。另一方面，內部應力能提高電子遷移率從而大幅提高設備充電速度。因此，殘余應力的測量在關鍵部件的使用壽命設計等方面具有非常重要的意義。

現有技術中，通常采用機械測量法測量殘余應力，例如公開號為CN104236768A的中國專利文件所公開的技術方案中，利用機械應力釋放法，能夠直接估計殘余應力而不需要參考試樣。

但存在缺點即：機械測量法需要將材料中的殘余應力釋放，會損傷材料，其有損性限制了在工業上的廣泛應用，而且不能同時測量橫向應力和縱向應力。

發明內容

本發明的目的是提供一種電磁超聲儀測量殘余應力的方法，電磁超聲法具有非接觸、無耦合劑、無損性、操作簡單、耐高溫等優點，而且可同時測量橫向應力和縱向應力，具有良好的應用前景。

本發明的上述技術目的是通過以下技術方案得以實現的：一種基于電磁超聲儀測量殘余應力的方法，該方法包括如下步驟：

SO1、試件去應力處理步驟：

對試件去應力處理，消除殘余應力；

SO2、測量聲時值步驟：

電磁超聲探頭吸附拉伸試件，以不同應力加載，測量每個應力下對應的聲時值；

SO3、橫波聲彈性系數和各向異性參數確定步驟：

通過數據線性擬合，得到橫波聲彈性系數和各向異性參數；

SO4、建立聲速與應力的關系方程步驟：

測得的數據結果代入聲速值、橫波聲彈性系數、和各向異性參數的關系式，得到聲速與應力的關系方程；

SO5、殘余應力測量步驟：

電磁超聲儀測量待測材料聲速值，代入聲速與應力的關系方程中，獲得應力值。

加工平行軋制方向和垂直軋制方向的拉伸試件，并進行去應力退火熱處理，能夠保證消除殘余應力，減小對后續外界加持應力的影響，減少結果誤差。

先利用游標卡尺測量試件的厚度h，將拉伸試件固定在萬能試驗機上進行拉伸，再將電磁超聲探頭吸附在拉伸試件中部，并且轉動探頭使得探頭上的紅線垂直于試樣軸線方向，確保兩束橫波的偏振方向分別平行于與垂直于試樣的軸線方向，隨后從零開始，進行單軸步進應力加載，測量每個應力下的聲時值T,聲時值為電磁超聲儀在試件表面激發出的超聲波通過試件后，從試件底部發射回試件表面所需的時間。

將測得的試件厚度H乘以2除以測得的聲時值T獲得超聲橫波的聲速值V，并將測得的數據代入（1）式,（1）式為該領域已知公式，

（1）