一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法技术

技术编号:20358959 阅读:27 留言:0更新日期:2019-02-16 14:52
一种将平面楔块用于曲面工件残余应力测量的方法,其步骤如下:S1、对零应力平面工件进行超声波应力测试,采集零应力平面工件的测量波形x(n),然后标定平面工件的名义声弹性系数KPla;S2、将平面楔块用于对待测曲面工件的超声波应力测试,采集曲面工件的测量波形y(n);S3、计算x(n)和y(n)的波形时延ΔtDet,计算待测曲面工件的残余应力σCur:

【技术实现步骤摘要】
一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法
本专利技术涉及一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,属于残余应力的无损检测领域。
技术介绍
金属材料在机械制造过程中不可避免地会产生塑性应变,导致残余应力,同时在工件服役过程中,工件的内部受到老化或外部载荷的影响,残余应力将发生变化。测量工件残余应力不仅能为结构服役的安全评价提供数据支撑,而且还能在此基础上改进生产工艺和构件加工方法从而进一步延长工件的使用寿命,降低生产运营成本。物体内的应力检测技术有很多种,根据是否破坏被检测物体,可细分为三大类:有损检测、微损伤检测和无损检测有损检测和微有损检测又称为机械检测方法,其中钻孔法应用最为普遍。无损检测则是用非破坏性的物理方法对构件应力进行检测,主要包括X射线衍射法、光弹性法、涡流法和超声波法等方法。其中X射线法,超声法在轨道交通领域应用最为普遍。超声波测量残余应力是基于声弹性理论,当构件受到力作用时会导致超声波在材料内部的传播速度、超声频率、振幅、相位和能量等参量的变化,通过对构件内超声波这些参量的测量,根据相关模型可间接求出构件内部的应力值。在超声波残余应力测量技术的前期研究中,大量的平面材料被用于实验,但实际的工程应用中对应力控制要求高的工件多为曲面工件,如压力容器、高铁转向架、石油管道等。而在对曲面工件进行超声波残余应力测量时,多数使用的楔块为平面楔块,导致临界折射纵波的传播路径发生改变,因此超声波法对曲面工件应力测量时有必要对测量结果进行修正。在现有方法中,更多的是根据曲面工件的半径定制合适的楔块来保证工件与探头的耦合,但在实际测量中发现用耦合剂填补平面楔块和工件间的空隙一样可以采集到足够强度的测量波形,同时该方法不用定制不同曲率的楔块,实用性更高成本更低。
技术实现思路
本专利技术的目的是通过提供一种将平面楔块用于曲面工件残余应力测量的方法。该方法能简便快捷、低成本,高精度地测量曲面工件的残余应力。本专利技术实现其专利技术目的所采取的技术方案是:一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其步骤如下:S1、制作与待测曲面工件相同材料的零应力平面工件,放置平面楔块和超声探头进行超声波应力测试,超声波接收探头采集零应力平面工件的测量波形x(n),然后在零应力平面工件上施加不同的应力σ进行超声波应力测试,标定平面工件的名义声弹性系数KPla;S2、在待测曲面工件上放置平面楔块和超声探头,涂抹足够的耦合剂充分填补平面楔块和工件间的空隙,进行超声波应力测试,超声波接收探头采集曲面工件的测量波形y(n);判断测量波形y(n)中是否接收到临界折射纵波,若没有接收到临界折射纵波,则调整超声激发接收器相关参数,重新测量保证超声波接收探头接收到临界折射纵波;若接收到临界折射纵波,则进行下一步;S3、对x(n)、y(n)进行降噪处理,并计算两者的波形时延ΔtDet,并计算待测曲面工件的残余应力σCur:其中,LWor,Pla为采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在平面工件中的实际传播距离;LWor,Cur为采用平面楔块对曲面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在曲面工件中的实际传播距离;ΔtGeo为在采用平面楔块对平面工件和曲面工件进行超声波应力测试时,由于平面工件和曲面工件几何结构不同,超声波在楔块和耦合层中传播时间不同造成的声时差。进一步,本专利技术所述步骤S1中在零应力平面工件上施加不同的应力σ进行超声波应力测试,标定平面工件的名义声弹性系数KPla的具体方法是:根据采集零应力平面工件的测量波形x(n),得到超声波在零应力状态下工件的传播时间tzero,然后在零应力平面工件上施加不同的应力σ进行超声波应力测试,测量超声波在不同应力状态下工件的传播时间,计算超声波在σ应力状态和零应力状态下工件的传播时间差Δt,通过拟合所述应力σ与传播时间差Δt的关系,计算出所述平面工件的名义声弹性系数KPla。进一步,本专利技术所述采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在平面工件中的实际传播距离LWor,Pla是通过游标卡尺或千分尺测量得到的。进一步,本专利技术所述采用平面楔块对曲面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在曲面工件中的实际传播距离LWor,Cur是通过以下公式获得:LWor,Cur=2Rcosβ,其中,β为超声波接收探头能接收到临界折射波的情况下,超声波从耦合层入射到曲面工件的折射角;R为曲面工件的半径。进一步,本专利技术所述在采用平面楔块对平面工件和曲面工件进行超声波应力测试时,由于平面工件和曲面工件几何结构不同,超声波在楔块和耦合层中传播时间不同造成的声时差ΔtGeo具体是指采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,超声波在平面楔块和耦合层中的传播时间tGeo,Pla与采用平面楔块对曲面工件进行超声波应力测试时,超声波在平面楔块和耦合层中的传播时间tGeo,Cur之差,ΔtGeo=tGeo,Cur-tGeo,Pla。更进一步,本专利技术所述采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,超声波在平面楔块和耦合层中的传播时间tGeo,Pla通过以下公式获得:tGeo,Pla=2h/(VWedgecosiLCR);其中,h为超声探头的压电晶片中心距平面楔块底面的垂直距离;iLCR为平面工件材料的第一临界折射角;VWedge为超声波在楔块中的传播速度。更进一步,本专利技术所述采用平面楔块对曲面工件进行超声波应力测试时,超声波在平面楔块和耦合层中的传播时间tGeo,Cur通过以下公式获得:其中,h为超声探头的压电晶片中心距平面楔块底面的垂直距离;VWedge为超声波在楔块中的传播速度;β为超声波接收探头能接收到临界折射波的情况下,超声波从耦合层入射到曲面工件的折射角;iCou为超声波接收探头能接收到临界折射波的情况下,超声波从平面楔块入射到耦合层时的入射角;γCou为超声波接收探头能接收到临界折射波的情况下,超声波从平面楔块入射到耦合层时的折射角;R为曲面工件的半径;VCou为超声波在耦合剂中的传播速度。进一步,本专利技术中超声波接收探头能接收到临界折射波的情况下,超声波从平面楔块入射到耦合层时的入射角iCou和折射角γCou,超声波从耦合层入射到曲面工件的折射角β通过以下公式获得:其中,VCou为超声波在耦合剂中的传播速度;VWedge为超声波在楔块中的传播速度;VWor为临界折射纵波在曲面工件中的传播速度,VWor与临界折射纵波在零应力平面工件中的传播速度VWor,Zero相差很小,在计算时取VWor=VWor,Zero;LWor,Pla为采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在平面工件中的实际传播距离;iLCR为平面工件材料的第一临界折射角;R为曲面工件的半径;h为超声探头的压电晶片中心距平面楔块底面的垂直距离。所述超声波在楔块中的传播速度VWedge、超声波在耦合剂中的传播速度VCou均可以通过声速测量仪测得。更进一步,本专利技术所述临界折射纵波在零应力平面工件中的传播速度VWor,Zero是通过以下公式计算得到:VWor,Zero=LWor,Pla/[tzero-2h/(VWedgecosiLCR)]其中,LWor,Pla为采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,临界本文档来自技高网
...

【技术保护点】
1.一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其步骤如下:S1、制作与待测曲面工件相同材料的零应力平面工件,放置平面楔块和超声探头进行超声波应力测试,超声波接收探头采集零应力平面工件的测量波形x(n),然后在零应力平面工件上施加不同的应力σ进行超声波应力测试,标定平面工件的名义声弹性系数KPla;S2、在待测曲面工件上放置平面楔块和超声探头,涂抹足够的耦合剂充分填补平面楔块和工件间的空隙,进行超声波应力测试,超声波接收探头采集曲面工件的测量波形y(n);判断检测波形y(n)中是否接收到临界折射纵波,若没有接收到临界折射纵波,则调整超声激发接收器相关参数,重新测量保证超声波接收探头接收到临界折射纵波;若接收到临界折射纵波,则进行下一步;S3、对x(n)、y(n)进行降噪处理,并计算两者的波形时延ΔtDet,并计算待测曲面工件的残余应力σCur:

【技术特征摘要】
1.一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其步骤如下:S1、制作与待测曲面工件相同材料的零应力平面工件,放置平面楔块和超声探头进行超声波应力测试,超声波接收探头采集零应力平面工件的测量波形x(n),然后在零应力平面工件上施加不同的应力σ进行超声波应力测试,标定平面工件的名义声弹性系数KPla;S2、在待测曲面工件上放置平面楔块和超声探头,涂抹足够的耦合剂充分填补平面楔块和工件间的空隙,进行超声波应力测试,超声波接收探头采集曲面工件的测量波形y(n);判断检测波形y(n)中是否接收到临界折射纵波,若没有接收到临界折射纵波,则调整超声激发接收器相关参数,重新测量保证超声波接收探头接收到临界折射纵波;若接收到临界折射纵波,则进行下一步;S3、对x(n)、y(n)进行降噪处理,并计算两者的波形时延ΔtDet,并计算待测曲面工件的残余应力σCur:其中,LWor,Pla为采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在平面工件中的实际传播距离;LWor,Cur为采用平面楔块对曲面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在曲面工件中的实际传播距离;ΔtGeo为在采用平面楔块对平面工件和曲面工件进行超声波应力测试时,由于平面工件和曲面工件几何结构不同,超声波在楔块和耦合层中传播时间不同造成的声时差。2.根据权利要求1所述的一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其特征在于:所述步骤S1中在零应力平面工件上施加不同的应力σ进行超声波应力测试,标定平面工件的名义声弹性系数KPla的具体方法是:根据采集零应力平面工件的测量波形x(n),得到超声波在零应力状态下工件的传播时间tzero,然后在零应力平面工件上施加不同的应力σ进行超声波应力测试,测量超声波在不同应力状态下工件的传播时间,计算超声波在σ应力状态和零应力状态下工件的传播时间差Δt,通过拟合所述应力σ与传播时间差Δt的关系,计算出所述平面工件的名义声弹性系数KPla。3.根据权利要求1所述的一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其特征在于:所述采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在平面工件中的实际传播距离LWor,Pla是通过游标卡尺或千分尺测量得到的。4.根据权利要求1所述的一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其特征在于:所述采用平面楔块对曲面工件进行超声波应力测试时,临界折射纵波在曲面工件中的实际传播距离LWor,Cur是通过以下公式获得:LWor,Cur=2Rcosβ,其中,β为超声波接收探头能接收到临界折射波的情况下,超声波从耦合层入射到曲面工件的折射角;R为曲面工件的半径。5.根据权利要求1所述的一种超声波平面楔块用于曲面工件的残余应力测量方法,其特征在于:所述在采用平面楔块对平面工件和曲面工件进行超声波应力测试时,由于平面工件和曲面工件几何结构不同,超声波在楔块和耦合层中传播时间不同造成的声时差ΔtGeo具体是指采用平面楔块对平面工件进行超声波应力测试时,超声波在平面楔块和耦合层中的传播时间tGeo,Pla与采用平面楔块对曲面工件进...

【专利技术属性】
技术研发人员:陈兵朱忠尹苟国庆张曦付正鸿马传平廖子川靳军军胡彧孜路伟
申请(专利权)人:西南交通大学
类型:发明
国别省市:四川,51

网友询问留言 已有0条评论
  • 还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。

1