一种可修正晶粒度差异的奥氏体钢残余应力检测方法技术

本发明专利技术涉及残余应力检测技术领域，具体是一种可修正晶粒度差异的奥氏体钢残余应力检测方法，包括：获取与待测试样同规格且具有不同晶粒度的标定试样，并获取标定试样的表面波衰减系数和不同应力状态下的临界折射纵波声速，进而获取不同晶粒度下的应力状态函数；利用预构建的超声激发探头获取待测试样的表面波衰减系数和临界折射纵波声速，并根据应力状态函数计算获取待测试样的测试区域经过微观组织修正后的残余应力值

【技术实现步骤摘要】
一种可修正晶粒度差异的奥氏体钢残余应力检测方法


[0001]本专利技术涉及残余应力检测
，具体是一种可修正晶粒度差异的奥氏体钢残余应力检测方法
。

技术介绍

[0002]奥氏体钢为常温下组织为稳定奥氏体单相的钢
。
奥氏体不锈钢是不锈钢类中钢种最多
、
使用量最大的一种
。
由于奥氏体不锈钢具有全面
、
良好的综合性能，在工业上获得了广泛的应用
。
奥氏体的晶粒大小是影响钢的组织和性能的重要因素，钢的组织和成分以及热处理过程的加热温度
、
保温时间
、
加热速度等因素均会影响奥氏体的晶粒大小
。
[0003]残余应力是工程结构质量判定的重要依据
。
残余应力的产生和释放通常会导致结构件尺寸稳定性变差，甚至导致重大运行装备发生灾变，而这种应力导致结构变形在构件装配和使用过程中是不可忽略的
。
因此对残余应力水平的快速
、
高效
、
无损监测
、
评定工业意义巨大
。
残余应力超声波检测法因其具有材料可穿透性
、
无损
、
快速
、
测量效率高
、
装置简单便携
、
环境适应性强等有点，受到广泛关注
。
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，可以对待测试样的残余应力进行表征
。
但超声波在试样的传播速度不仅仅与待测试样的残余应力值有关，还受待测试样的微观组织的影响，对于奥氏体钢，超声波速受到奥氏体晶粒度的影响
。
现有技术中超声残余应力检测并没有考虑奥氏体晶粒度的差异导致的超声波速度变化，因而现有技术的超声残余应力检测方法检测奥氏体钢残余应力与实际的残余应力有一定的误差
。
有些研究在进行残余应力检测时，通过单独设置超声波探头检测测试区域的纵波衰减度减少微观组织的影响，但是一方面单独设置探头较为复杂，耦合误差大，且很难保证进行应力测试检测的测试区域与进行衰减度检测的测试区域相同，另一方面纵波属于体波，既存在扩散衰减，又存在介质衰减，不利于衰减度的准确检测
。
[0004]激光超声是利用激光脉冲以热弹效应或烧蚀效应在材料表面激发出超声波脉冲，对待测试样进行超声波检测，从而获取待测试样信息的一种高精度
、
无损伤的新型超声检测技术
。
在现有技术中，通过激光超声检测残余应力一般是采用激光直接照射在待测工件表面，通过热弹性效应激发出声表面波或导波对残余应力进行检测，但在奥氏体钢表面通过热弹性效应激发超声波的能量转换效率低，为了获得适合检测的超声波信号，需要提高激光功率密度，容易对试样表面造成损伤
。
而且直接在试样表面激发超声波检测残余应力，一般是利用其产生的声表面波或导波，二者对应力的敏感程度均不如纵波，限制了激光超声用于残余应力检测的发展
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种可修正晶粒度差异的奥氏体钢残余应力检测方法，该方法无需更换探头或调整探头角度，即可实现待测试样临界折射纵波声速检测和表面波衰
减度检测，从而修正晶粒尺寸大小不同所造成的残余应力误差，提高检测精度
。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0007]一种可修正晶粒度差异的奥氏体钢残余应力检测方法，包括：
[0008]获取与待测试样同规格且具有不同晶粒度的标定试样；
[0009]对标定试样分别进行衰减系数标定试验和拉伸应力标定试验，获取标定试样的表面波衰减系数和不同应力状态下的临界折射纵波声速；
[0010]以标定试样的表面波衰减系数和不同应力状态下的临界折射纵波声速为自变量，以应力值为因变量，获取不同晶粒度下的应力状态函数；
[0011]利用预构建的超声激发探头对待测试样的测试区域分别进行表面波衰减度检测和临界折射纵波声速检测，获取待测试样的测试区域的表面波衰减系数和临界折射纵波声速；
[0012]将待测试样的测试区域的表面波衰减系数和临界折射纵波声速代入不同晶粒度下的应力状态函数，计算获取待测试样的测试区域经过微观组织修正后的残余应力值
。
[0013]进一步的，所述超声激发探头包括玻璃楔块，所述玻璃楔块的一侧顶面为弧形顶面，另一侧顶面为斜面顶面；所述弧面顶面和斜面顶面均镀有热弹性材料层
。
[0014]进一步的，所述斜面顶面与水平面的夹角为5°‑
15
°
。
[0015]进一步的，所述热弹性材料层为铬层或钨层或锡层，所述热弹性材料层的厚度为
250nm
‑
400nm。
[0016]进一步的，利用预构建的超声激发探头对待测试样的测试区域分别进行表面波衰减度检测和临界折射纵波声速检测，获取待测试样的测试区域的表面波衰减系数和临界折射纵波声速包括：
[0017]对超声激发探头进行表征，获取照射在超声激发探头上的激光束与其所激发出的超声纵波之间的关系；
[0018]将超声激发探头固定在待测试样的测试区域，确定激发以第一临界角
θ
LCR
入射至待测试样表面的超声纵波的激光束在超声激发探头上的照射位置
A
和激发以入射角度
γ
入射至待测试样表面的超声纵波的激光束在超声激发探头上的照射位置
C
；
[0019]根据照射位置
A
和照射位置
C
，利用脉冲宽度可调的脉冲激光器发射激光束照射在超声激发探头上激发超声纵波对待测试样的测试区域分别进行表面波衰减度检测和临界折射纵波声速检测，获取待测试样的测试区域的表面波衰减系数和临界折射纵波声速；
[0020]其中，以第一临界角
θ
LCR
入射至待测试样表面的超声纵波和以入射角度
γ
入射至待测试样表面的超声纵波在待测试样表面的入射位置重合，记为入射位置
B。
[0021]进一步的，对超声激发探头进行表征，获取照射在超声激发探头上的激光束与其所激发出的超声纵波之间的关系包括：
[0022]在超声激发探头底部布置压电晶片阵列；
[0023]利用脉冲激光器发射不同脉冲宽度和不同单脉冲功率的激光束照射在超声激发探头的热弹性材料层上激发出超声纵波；
[0024]通过所述压电晶片阵列接收所述超声纵波并进行信号处理，确定激光束所激发出的最大幅值的超声纵波的中心频率与激光束的脉冲宽度之间的关系，以及激光束本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种可修正晶粒度差异的奥氏体钢残余应力检测方法，其特征在于，包括：获取与待测试样同规格且具有不同晶粒度的标定试样；对标定试样分别进行衰减系数标定试验和拉伸应力标定试验，获取标定试样的表面波衰减系数和不同应力状态下的临界折射纵波声速；以标定试样的表面波衰减系数和不同应力状态下的临界折射纵波声速为自变量，以应力值为因变量，获取不同晶粒度下的应力状态函数；利用预构建的超声激发探头对待测试样的测试区域分别进行表面波衰减度检测和临界折射纵波声速检测，获取待测试样的测试区域的表面波衰减系数和临界折射纵波声速；将待测试样的测试区域的表面波衰减系数和临界折射纵波声速代入不同晶粒度下的应力状态函数，计算获取待测试样的测试区域经过微观组织修正后的残余应力值
。2.
根据权利要求1所述的可修正晶粒度差异的奥氏体钢残余应力检测方法，其特征在于，所述超声激发探头包括玻璃楔块，所述玻璃楔块的一侧顶面为弧形顶面，另一侧顶面为斜面顶面；所述弧面顶面和斜面顶面均镀有热弹性材料层
。3.
根据权利要求2所述的可修正晶粒度差异的奥氏体钢残余应力检测方法，其特征在于，所述斜面顶面与水平面的夹角为5°‑
15
°
。4.
根据权利要求2所述的可修正晶粒度差异的奥氏体钢残余应力检测方法，其特征在于，所述热弹性材料层为铬层或钨层或锡层，所述热弹性材料层的厚度为
250nm
‑
400nm。5.
根据权利要求2所述的可修正晶粒度差异的奥氏体钢残余应力检测方法，其特征在于，利用预构建的超声激发探头对待测试样的测试区域分别进行表面波衰减度检测和临界折射纵波声速检测，获取待测试样的测试区域的表面波衰减系数和临界折射纵波声速包括：对超声激发探头进行表征，获取照射在超声激发探头上的激光束与其所激发出的超声纵波之间的关系；将超声激发探头固定在待测试样的测试区域，确定激发以第一临界角
θ
LCR
入射至待测试样表面的超声纵波的激光束在超声激发探头上的照射位置
A
和激发以入射角度
β
入射至待测试样表面的超声纵波的激光束在超声激发探头上的照射位置
C
；根据照射位置
A
和照射位置
C
，利用脉冲宽度可调的脉冲激光器发射激光束照射在超声激发探头上激发超声纵波对待测试样的测试区域分别进行表面波衰减度检测和临界折射纵波声速检测，获取待测试样的测试区域的表面波衰减系数和临界折射纵波声速；其中，以第一临界角
θ
LCR
入射至待测试样表面的超声纵波和以入射角度
β
入射至待测试样表面的超声纵波在待测试样表面的入射位置重合，记为入射位置
B。6.
根据权利要求5所述的可修正晶粒度差异的奥氏体钢残余应力检测方法，其特征在于，对超声激发探头进行表征，获取照射在超声激发探头上的激光束与其所激发出的超声纵波之间的关系包括：在超声激发探头底部布置压电晶片阵列；利用脉冲激光器发射不同脉冲宽度和不同单脉冲功率的激光束照射在超声激发探头的热弹性材料层上激发出超声纵波；通过所述压电晶片阵列接收所述超声纵波并进行信号处理，确定激光束所激发出的最大幅值的超声纵波的中心频率与激光束的脉冲宽度之间的关系，以及激光束所激发出的最
大幅值的超声纵波的声压与激光束的单脉冲功率之间的关系
。7.
根据权利要求5所述的可修正晶粒度差异的奥氏体钢残余应力检测方法，其特征在于，确定激发以第一临界角
θ
LCR
入射至待测试样表面的超声纵波的激光束在超声激发探头上的照射位置
A
和激发以入射角度
β
入射至待...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴忠晨，付宁宁，许静，陈祺，火巧英，周禄军，吴凯鹏，王鹏飞，林皓，
申请(专利权)人：南京中车浦镇城轨车辆有限责任公司，
类型：发明
国别省市：