一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法技术

一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法，其步骤如下：A取待测焊接试件的母材板制作焊接试板一和焊接试板二；B在焊接好的焊接试板一截取起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样，并按组织差异对将每个试样细分，标记焊接特征点；C在焊接试板二的相应的位置上标记焊接特征点，焊接后焊接试板二的焊接特征点采集热循环曲线；D按热循环曲线制备热模拟块E、根据母材小块和热模拟块的超声波法和切条法测量的残余应力值，确定残余应力修正值；F根据残余应力修正值修正超声波测量的残余应力测量值，得到待测焊件的准确残余应力值。该方法可修正由于母材和待测区之间微观组织不同导致的误差，显著提高超声波对残余应力的测试精度。

【技术实现步骤摘要】
一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法
本专利技术涉及一种用于修正由测试区域和零应力标定块微观组织差异导致的超声波测量焊接残余应力的误差修正方法，属于焊接残余应力的无损检测领域。
技术介绍
随着中国高速列车轨道交通的飞速发展，焊接作为轨道交通中的一项关键技术，焊接质量在一定程度也决定高速列车车辆的质量，焊接残余应力水平是评价焊接质量的重要标准，因为焊接残余应力产生的破坏是焊接接头破坏的主要原因，因此对焊接残余应力水平的快速、高效、无损监测、评定工业意义巨大。X射线对残余应力的测试只能测试几十个微米厚度，对待测样的表面质量要求较高，受到表面的质量状态影响较大；中子衍射法残余应力测试设备重大、昂贵，很难实现生产现场的残余应力测试；磁粉法残余应力测试只能用于磁性测量的测试，重复性较差；精确度最高的盲孔法，属于有损法会对待测样产生破坏，精确度也很大部分的取决于测试人员的操作碎片；超声波法是近几年发展起来的残余应力测试方法，对操作人员无辐射危害，测试效率高，重复性较好。超声波法测量残余应力属于间接性测量，超声波在待测样中的传播速度与待测样中的残余应力存在着声弹性关系，即超声波的在待测样中的传播速度和待测样中的残余应力基本呈现线性关系。根据超声波与待测样残余应力之间的关系，可以对待测样的残余应力进行测试。但超声波在待测样中的传播速度不仅仅与待测样的残余应力值有关，还受待测样的微观组织成分(成分、晶粒度、轧制方向等)的影响。在焊接过程中，母材由于局部加热，焊缝邻近区域的母材势必会因热量的传导而受影响，焊缝形成的同时不可避免的造成了焊缝及其周围区域的组织和性能与母材不同。其中，与焊缝相邻的母材因受热的影响(但未熔化)而发生组织与力学性能变化的区域形成热影响区；焊缝区与热影响区的交界线形成熔合区。在超声波法测量残余应力焊缝的过程中，以母材作为零应力标定块(假设母材中的残余应力为零)，测量超声波在待测焊件中的传播速度相对于其在母材中的传播速度之差，然后通过计算得出待测焊件的由于焊接造成的残余应力值。这个过程，并没有考虑待测焊件与母材之间微观组织成分的差异导致的超声波速度变化，因而最终得到的残余应力与实际的残余应力有一定的误差。这种误差大大降低了超声波法测量残余应力的精度，大大限制了超声波法在残余应力测试中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法，该方法可修正由于零应力标定块(母材)和待测焊接试件的待测区之间微观组织(成分、晶粒度、轧制方向等)不同导致的超声波测量焊接残余应力的误差，通过这种修正方法可显著提高超声波对残余应力的测试精度。本专利技术实现其专利技术目的采取的技术方案是：一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法，其步骤如下：A、制作焊接试板取与待测焊接试件的材料和厚度均相同的板材(待测焊接试件的母材板)，制作两对尺寸完全相同的未焊接的焊接试板(每对焊接试板由两块板材组成)，一对记为焊接试板一，另一对记为焊接试板二；B、确定焊接特征点B1、采用与焊接待测焊接试件相同的焊接工艺参数对焊接试板一进行焊接；然后分别在焊缝的起弧区域、稳定区域和收弧区域截取条状的与焊缝方向垂直的起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样；所述起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样均包括焊缝区、熔合区、热影响区和母材区；B2、对B1步截取的起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样进行金相样制样，根据金相显微镜观察和EDS成分分析结果，按组织差异将每个试样的焊缝区细分为等轴晶树枝晶区、树枝晶区和等轴晶区，热影响区细分为时效区和过时效区；B3、在起弧区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为起弧区试样的7个起弧焊接特征点，分别标号为1、2、3、4、5、6、7；在稳定区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为稳定区试样的7个稳定焊接特征点，分别标号为8、9、10、11、12、13、14；在收弧区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为收弧区试样的7个收弧焊接特征点，分别标号为15、16、17、18、19、20、21；C、采集焊接特征点的热循环曲线C1、根据B3步焊接试板一上每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点的位置，在焊接试板二相应的位置上标记出焊接试板二的起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点；C2、在焊接试板二的每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点位置连接上热电偶；然后采用与焊接待测焊接试件相同的焊接工艺参数对焊接试板二进行焊接，焊接完成之后通过热电偶采集每个焊接特征点的热循环曲线，得到与21个焊接特征点对应的21条热循环曲线；D、制作热模拟块制备与待测焊接试件的材料和厚度均相同多个母材小块，根据C步得到的21条热循环曲线，分别对不同的母材小块进行Gleeble热模拟处理，得到与21个焊接特征点相对应的微观组织成分相同的21个热模拟块；热模拟块的编号b和与所述热模拟块相对应的焊接特征点的标号相同，b＝1,2,3，…21；E、确定修正值E1、将未进行热模拟处理的母材小块作为零应力标定块；用超声波法分别测量21个热模拟块相对于零应力标定块的残余应力值，记为σmb，b＝1,2,3，…21，b为热模拟块的编号；E2、通过切条法测量21个热模拟块的应力值，记为σb，b＝1,2,3，…21；再通过切条法测量未进行热模拟处理的母材小块的应力值，记为σm；E3、确定21个焊接特征点的由于组织成分差异造成的超声波测量焊接残余应力的误差值，也即超声波测量焊接残余应力的每个焊接特征点的残余应力修正值δb，b＝1,2,3，…21：δb＝σm-σb+σmbF、确定待测焊接试件的准确残余应力值F1、根据B3步中确定的每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点的位分别在待测焊接试件表面的起弧区域、稳定区域和收弧区域的相应的位置上标记出待测焊接试件的起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征；然后通过超声波测量待测焊接试件的每个焊接特征点位置的残余应力测量值σcb，b＝1,2,3，…21；F2、用每个焊接特征点的残余应力修正值δb，对F1步测得的每个焊接特征点位置的残余应力测量值σcb进行修正，确定待测焊接试件上每个焊接特征点位置的准确残余应力值σzb，b＝1,2,3，…21：σzb＝σcb-δb本专利技术的原理是：焊缝的起弧区、稳定区和收弧区的微观组织差异较大，所以本专利技术B步首先在起弧区、稳定区和收弧区分别取起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样。再通过金相显微镜观察和EDS成分分析结果，按照微观组织差异对三个试样进一步进行区域划分，将组织相似度大的放在一个区域，从而找到对微观组织区域有代表性的21个焊接特征点。通过对采集21个焊接特征点的热循环曲线，根据采集到的热循环曲线对母材小块块进行热模拟，得到了与21个焊接特征点相对应的21个热模拟块，每个热模拟块的微观组织和与之相对应的焊接特征点的微观组织基本相同。将未进行热模拟处理的母材小块作为零应力标定块；用超声波法测量21个热模拟块相对于未进行热模拟处理的母材小块的残余本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法，其步骤如下：A、制作焊接试板取与待测焊接试件的材料和厚度均相同的板材，制作两对尺寸完全相同的未焊接的焊接试板，记为焊接试板一和焊接试板二；B、确定焊接特征点B1、采用与焊接待测焊接试件相同的焊接工艺参数对焊接试板一进行焊接；然后分别在焊缝的起弧区域、稳定区域和收弧区域截取条状的与焊缝方向垂直的起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样；所述起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样均包括焊缝区、熔合区、热影响区和母材区；B2、对B1步截取的起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样进行金相样制样，根据金相显微镜观察和EDS成分分析结果，按组织差异将每个试样的焊缝区细分为等轴晶树枝晶区、树枝晶区和等轴晶区，热影响区细分为时效区和过时效区；B3、在起弧区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为起弧区试样的7个起弧焊接特征点，分别标号为1、2、3、4、5、6、7；在稳定区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为稳定区试样的7个稳定焊接特征点，分别标号为8、9、10、11、12、13、14；在收弧区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为收弧区试样的7个收弧焊接特征点，分别标号为15、16、17、18、19、20、21；C、采集焊接特征点的热循环曲线C1、根据B3步焊接试板一上每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点的位置，在焊接试板二相应的位置上标记出焊接试板二的起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点；C2、在焊接试板二的每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点位置连接上热电偶；然后采用与焊接待测焊接试件相同的焊接工艺参数对焊接试板二进行焊接；焊接完成之后通过热电偶采集每个焊接特征点的热循环曲线，得到与21个焊接特征点对应的21条热循环曲线；D、制作热模拟块制备与待测焊接试件的材料和厚度均相同的多个母材小块，根据C步得到的21条热循环曲线，分别对不同的母材小块进行Gleeble热模拟处理，得到与21个焊接特征点相对应的微观组织成分相同的21个热模拟块；热模拟块的编号b和与所述热模拟块相对应的焊接特征点的标号相同，b＝1,2,3，…21；E、确定修正值E1、将未进行热模拟处理的母材小块作为零应力标定块；用超声波法分别测量21个热模拟块相对于零应力标定块的残余应力值，记为σmb，b＝1,2,3，…21，b为热模拟块的编号；E2、通过切条法测量21个热模拟块的应力值，记为σb，b＝1,2,3，…21；再通过切条法测量未进行热模拟处理的母材小块的应力值，记为σm；E3、确定21个焊接特征点的由于组织成分差异造成的超声波测量焊接残余应力的误差值，也即超声波测量焊接残余应力的每个焊接特征点的残余应力修正值δb，b＝1,2,3，…21：δb＝σm‑σb+σmbF、确定待测焊接试件的准确残余应力值F1、根据B3步中确定的每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点的位分别在待测焊接试件表面的起弧区域、稳定区域和收弧区域的相应的位置上标记出待测焊接试件的起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征；然后通过超声波测量待测焊接试件的每个焊接特征点位置的残余应力测量值σcb，b＝1,2,3，…21；F2、用每个焊接特征点的残余应力修正值δb，对F1步测得的每个焊接特征点位置的残余应力测量值σcb进行修正，得到待测焊接试件上每个焊接特征点位置的准确残余应力值σzb，b＝1,2,3，…21：σzb＝σcb‑δb...

【技术特征摘要】
1.一种超声波测量焊接残余应力的误差修正方法，其步骤如下：A、制作焊接试板取与待测焊接试件的材料和厚度均相同的板材，制作两对尺寸完全相同的未焊接的焊接试板，记为焊接试板一和焊接试板二；B、确定焊接特征点B1、采用与焊接待测焊接试件相同的焊接工艺参数对焊接试板一进行焊接；然后分别在焊缝的起弧区域、稳定区域和收弧区域截取条状的与焊缝方向垂直的起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样；所述起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样均包括焊缝区、熔合区、热影响区和母材区；B2、对B1步截取的起弧区试样、稳定区试样和收弧区试样进行金相样制样，根据金相显微镜观察和EDS成分分析结果，按组织差异将每个试样的焊缝区细分为等轴晶树枝晶区、树枝晶区和等轴晶区，热影响区细分为时效区和过时效区；B3、在起弧区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为起弧区试样的7个起弧焊接特征点，分别标号为1、2、3、4、5、6、7；在稳定区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为稳定区试样的7个稳定焊接特征点，分别标号为8、9、10、11、12、13、14；在收弧区试样的等轴晶树枝晶区、树枝晶区、等轴晶区、熔合区、时效区、过时效区的中心位置和母材区上任一点进行标记，作为收弧区试样的7个收弧焊接特征点，分别标号为15、16、17、18、19、20、21；C、采集焊接特征点的热循环曲线C1、根据B3步焊接试板一上每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点的位置，在焊接试板二相应的位置上标记出焊接试板二的起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点；C2、在焊接试板二的每个起弧焊接特征点、稳定焊接特征点和收弧焊接特征点位置连接上热电偶；然后采用与焊接待测焊接试件相同的焊接工艺参数对焊接试板二进行焊接；焊接完成之后通过热电偶采集每个焊接特征点的热循环曲线，得到与21个焊接特征点对应的21条热循环曲线；D、制作热模拟块制备与待测焊接试件的材料和厚度均相同的多个母材小块，根据C步得到的21条热循环曲线，分别对不同的母材小块进行Gleeble热模拟处理，得到与21个焊接特征点相对应的微观组织成分相同的21个热模拟块；热模拟块的编号b和与所述热模拟块相对应的焊接特征点的标号相同，b＝1,2,3，…21；E、确定修正值E1、将未进行热模拟处理的母材小块作为零应力标定块；用超声波法分别测量21个热模拟块相对于零应力标定块的残余应力值，记为σmb，b＝1,2,3，…21，b...

【专利技术属性】
技术研发人员：马传平，陈辉，苟国庆，朱其猛，付正鸿，朱忠尹，陈佳，覃超，安江丽，张成竹，
申请(专利权)人：四川广正科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51