一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法
【专利摘要】本发明提出一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法，属于焊接残余应力的无损检测领域。所述测试方法是首先建立析出相量与纵波信号衰减度、与临界折射纵波在零应力样中传播时间、与声弹性系数的关系数据库；在进行残余应力测试时，先确定测试区域的纵波信号衰减度，再根据衰减度确定析出相量计算值，进一步计算测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间和声弹性系数，最终可得到修正后残余应力。所述测试方法可修正由于焊接不同区域析出相量对声弹性系数，超声波在零应力样中传播时间产生的误差，可显著提高超声波测残余应力的精度。
【专利说明】
一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法，属于焊接 残余应力的无损检测领域。
【背景技术】
[0002] 焊接是工业生产中最重要的一种连接方式，焊接质量决定着焊接产品质量，由于 焊接残余应力过大引起的焊接接头破坏是最主要的焊接破坏。焊接接头的残余应力无损检 测对生产实践中优化焊接工艺具有非常重要的指导作用。残余应力的无损检测方法主要有 中子衍射法、同步辐射法、磁粉法、X射线衍射法和超声波检测法。其中，中子衍射法、同步辐 射法设备昂贵，测试成本高，难以用于生产实践中在线检测焊接残余应力;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;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。超声波法是近几年来 发展最快的残余应力无损检测方法，具有可以测试深度方向的二维焊接残余应力、测试速 度快、无辐射、设备轻便、成本较低等优点。
[0003] 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。依据声弹性原理，若超声波收发换能器距离固定，测得超声波在零应 力样(应力记为σ〇)中的传播时间to和超声波在待测样中的超声传播时间t，根据声时差可求 出待测样的残余应力值σ，即：〇-〇o=A(t - to)，A与材料的自身性质以及收发探头距离决定， 通过单向拉伸标定。
[0004] 但是，不仅待测样中的残余应力会对影响超声波的传播速度，待测样中的微观组 织也会对超声波的传播速度产生影响。由于焊接温度场不同，焊件上会形成焊缝区域(FZ)、 热影响区域(HAZ)和母材区域(BM)，这些区域的微观组织存在较大差异。有些较大的微观组 织差异对超声波传播速度的影响甚至与焊接残余应力对超声波传播速度的影响在同一个 数量级，严重影响超声波残余应力测试方法的测试精度，限制了超声波残余应力测试法的 发展。因此，如何在超声波残余应力测试法中将微观组织对超声波传播速度的影响和残余 应力对超声波传播速度的影响分开，是一个亟需解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是提供一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法， 其可修正由于焊缝区域、热影响区域以及母材区域析出相量对声弹性系数k，超声波在零应 力样中传播时间to所产生的巨大误差，可显著提高超声波对焊接接头残余应力的测试精 度。
[0006] 本发明实现其发明目的所采取的技术方案是:一种可修正析出相量差异影响的超 声波残余应力测试方法，其步骤如下：
[0007] A、准备析出相测试样
[0008] A1、平行材料乳制或挤压方向切取拉伸样W组，记为I组，W2组…Ww-i组，Wji，每组 拉伸样包括相同拉伸样η根；
[0009] Α2、对1组拉伸样不做任何处理，对W2-WJ1拉伸样进行不同条件热处理、同一组中 的拉伸样热处理条件相同，具体的热处理条件是:1 2组拉伸样在温度IVC保温时间hb小时， W3组拉伸样在温度Tb°C保温时间hb+ Δ hb小时……Ww组拉伸样在温度Tb°C保温时间hb+ Δ hb (W-1 -2)小时，Wjl拉伸样在温度Tb°C保温时间hb+ Δ hb(W-2)小时，即得到^?组析出相测 试样，其中A hb为相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数;其中W2_Ww组析出相测试样经过 热处理，可认为是零应力状态；
[0010] A3 析出相测试样进行金相处理，通过显微镜或电子背散射衍射计算出 经过金相处理的^-^^组各组中所有析出相测试样的析出相量，并分别取l-Ww组各组中所 有析出相测试样的析出相量平均值，分别记为Pi，P2，P3......Pw-1，Pw;
[0011] B、建立析出相量与纵波信号衰减度的关系数据库
[0012] B1、使用纵波平探头对l-Ww组各组中所有析出相测试样分别进行衰减度测试，计 算出A-Ww组各组中所有析出相测试样的纵波信号衰减度平均值，分别记为nu，m 2，m3…… ITlw-1 ?ITlw ；
[0013] B2、根据W2-Ww组各组析出相测试样的纵波信号的衰减度平均值(m2，m3……， mw)，与％-^^组各组析出相测试样的析出相量平均值(P2，P3……Ph，P w)，利用最小二乘法建 立析出相量P与纵波信号衰减度Μ的关系数据库，组所有析出相测试样的纵波 信号衰减度平均值m带入P = g(M)，算出I组析出相测试样的析出相量计算值;将1组析 出相测试样的析出相量计算值丹'与B13得到的I组所有析出相测试样的析出相量平均值Pi 进行对比，如果误差在γ 以内，符合要求，所建立的析出相量P与纵波信号衰减度Μ的关 系数据库P = g(M)有效；如果误差大于γ ，重新按照Α1-Α3准备析出相测试样品，并按照 B1-B2建立析出相量P与纵波信号衰减度Μ的关系数据库，直到满足误差要求；
[0014] C、建立析出相量与临界折射纵波在零应力样中传播时间的关系数据库
[0015] C1、分别对Mw组各组中所有析出相测试样进行临界折射纵波速度采集，得到临 界折射纵波在Wl-Ww组各组析出相测试样的平均传播速度，记为V1Q，V2Q，V3Q......V(w-1)Q，VwO，， 并根据超声波收发换能器间的距离L，计算出临界折射纵波在^-^^组各组析出相测试样的 平均传播时间，即为临界折射纵波在不同析出相量的零应力析出相测试样中的平均传播时 间，记为tl0，t20，t30......t(w-l)0，tw0;
[0016] C2、根据临界折射纵波在W2_Ww组各组析出相测试样的平均传播时间（t2Q，t 3Q…… t(w-do，twQ)，与％-^^组各组析出相测试样的析出相量平均值(P2，P3……Ph，P w)，利用最小 二乘法建立析出相量P与临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系数据库，to = x(P); 将1组所有析出相测试样的析出相量平均值Pi带入to = x(P)，算出临界折射纵波在I组析 出相测试样的传播时间计算值t1Q'；将临界折射纵波在I组析出相测试样的传播时间计算 值t 1Q'与临界折射纵波在1组析出相测试样的实际平均传播时间t1Q进行对比，如果误差在 Y 2%以内，符合要求，所建立的析出相量P与临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系 数据库tQ=x(P)有效;如果误差大于γ 2%，重新按照A1-A3准备析出相测试样品，并按照C1-C2建立析出相量Ρ与临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系数据库，直到满足误差 要求；
[0017] D、建立析出相量与声弹性系数的关系数据库
[0018] D1、分别对Mw组各组中所有析出相测试样进行声弹性系数拉伸标定，得到H 组各组析出相测试样的平均声弹性系数，记为lU，k2，k3……kw-hkw;
[0019] D2、根据W2-Ww组各组析出相测试样的平均声弹性系数(k2，k 3……kw-i，kw)，与W2-Ww 组各组析出相测试样的析出相量平均值(P2，P3……PhO，利用最小二乘法建立析出相量 P与声弹性系数k的关系数据库，组所有析出相测试样的析出相量平均值?:带 入k=i3(P)，算出1组析出相测试样的声弹性系数计算值、'，将％组析出相测试样的声弹性 系数计算值ki'与I组析出相测试样的实际平均声弹性系数1^进行对比，如果误差在γ 3% 以内，符合要求，所建立的析出相量Ρ与声弹性系数k的关系数据库k = i3(P)有效;如果误差 大于γ 3%，重新按照A1-A3准备析出相测试样品，并按照D1-D2建立析出相量P与声弹性系 数k的关系数据库，直到满足误差要求；
[0020] E、测试待测焊件焊接接头的焊接残余应力
[0021] E1、布置待测焊件的超声波残余应力测试区域，所述测试区域包括焊缝区域、热影 响区域和母材区域；
[0022] E2、使用纵波平探头对待测焊件的测试区域进行衰减度测试，计算出测试区域的 纵波信号衰减度，记为Mc;
[0023] E3、调用B步建立的析出相量P与纵波信号衰减度Μ的关系，P = g(M)，计算出测试区 域的析出相量计算值Ρα，Ρα = 8(Μ。）；
[0024] Ε4、调用C步建立的析出相量Ρ与临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系，to =X(P)，计算出测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间td)，t。。=X(P。）；
[0025] E5、调用D步建立的析出相量P与声弹性系数k的关系，k = i3(P)，计算出测试区域的 声弹性系数Κ，1^=β(Ρ。）；
[0026] Ε6、采集待测焊件的测试区域的临界折射纵波速度ν。，并根据超声波收发换能器 间的距离L，得到临界折射纵波在测试区域的传播时间tc-L/v。；
[0027] E7、根据E4步得到的测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间tcQ、E5 步得到的测试区域的声弹性系数k。和E6步得到的临界折射纵波在测试区域的传播时间t。， 计算待测焊件测试区域的焊接残余应力&:
[0028] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0029] 析出相量是一种重要的材料的微观特性，对材料的声弹性系数和临界折射纵波在 所述材料的零应力样中传播时间影响很大。本发明通过建立析出相量与纵波信号衰减度的 关系数据库P = g(M)、析出相量与临界折射纵波在零应力样中传播时间的关系数据库to = x (P)和析出相量与声弹性系数的关系数据库k = i3(P)，从而消除析出相量对声弹性系数k和 临界折射纵波初始传播时间to影响，显著提高超声波对焊接接头残余应力的测试精度。
[0030] 进一步，本发明所述步骤A1中平行材料乳制或挤压方向切取拉伸样w组的组数w不 小于4。
[0031] 拉伸试样组数小于4,数据量较小，容易受到偶然误差的影响，拉伸样组数η越高， 越容易降低偶然误差影响。
[0032] 进一步，本发明所述步骤Α1中平行材料乳制或挤压方向切取拉伸样w组，每组拉伸 样包括的拉伸样根数η不小于3。
[0033]每组拉伸样的实验结果最终会被计算成平均值，小于3的数据量同样容易受到偶 然误差影响，大于3的拉伸样可以去掉离散性较大的样，同时保证剩余数据量相对充足。 [0034] 进一步，本发明所述步骤Α2中对Ν2_Νη组拉伸样进行不同条件热处理，犯组拉伸样 在温度IVC保温hb小时中的保温温度IVC为所测试拉伸样的析出相量改变温度，如铝合金 析出相量改变温度为120-250 °C。
[0035]高于等于析出相量变化温度进行保温，可以保证析出相快速变化，提高实验效率。 [0036] 进一步，本发明所述步骤A2中对N2_Nn组拉伸样进行不同条件热处理，犯组拉伸样 在温度T b°c保温hb小时中的保温时间hb小时的保温小时数hb为能够保证他组拉伸样与未进 行热处理的拉伸样之间存在5-15%的析出相量差异的时间，如错合金为2h左右。
[0037] 经过实验，5-15%析出相量差异可以降低后期数据库误差。
[0038] 进一步，本发明所述步骤A2中相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数Ahb为只要 能够保证相邻两组拉伸样间存在具有10-30%的析出相量差异的时间，如铝合金为2h左右。
[0039] 相邻拉伸样之间的析出相量差距太小，实验的测试的结果有可能会被偶然因素覆 盖，10-30%的较高析出相量差异足以避免偶然因素对实验结果影响。
[0040] 进一步，本发明所述步骤B2中验证析出相量P与纵波信号衰减度Μ的关系数据库P = g(M)是否有效设置的误差值γ 为5-10%。
[0041] P = g(M)关系数据库将用于后期对超声波应力测试的修正，如果关系数据库存在 较大误差，会降低修正效果的可靠性，5-10%的误差相对较小不会降低修正结果的可靠性。 [0042]进一步，本发明所述步骤C2中验证析出相量P与临界折射纵波在零应力样中传播 时间to的关系数据库t〇=x(P)是否有效设置的误差值γ 2%为5-10%。
[0043] to = x(P)关系数据库将用于后期对超声波应力测试的修正，如果关系数据库存在 较大误差，会降低修正效果的可靠性，5-10%的误差相对较小不会降低修正结果的可靠性。 [0044]进一步，本发明所述步骤D2中验证析出相量P与声弹性系数k的关系数据库k = 0 (p)是否有效设置的误差值γ 3%为5-15%。
[0045] k = i3(P)关系数据库将用于后期对超声波应力测试的修正，如果关系数据库存在 较大误差，会降低修正效果的可靠性，5-15%的误差相对较小不会降低修正结果的可靠性。
【附图说明】
[0046] 图1为本发明实施例一验证试验中测试区域的分布示意图 [0047]图2为本发明实施例一验证试验的测试结果对比图。
【具体实施方式】
[0048] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完 整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他 实施例，都属于本发明保护的范围。
[0049] 实施例一
[0050] 本发明的一种【具体实施方式】是:一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力 测试方法，其步骤如下：
[0051 ] A、准备析出相测试样
[0052] A1、平行材料乳制或挤压方向切取拉伸样w组，记为I组，W2组…Ww-i组，Wji，每组 拉伸样包括相同拉伸样η根；
[0053] Α2、对1组拉伸样不做任何处理，对W2-Wjfl拉伸样进行不同条件热处理、同一组中 的拉伸样热处理条件相同，具体的热处理条件是:12组拉伸样在温度IVC保温时间hb小时， W3组拉伸样在温度Tb°C保温时间hb+ Δ hb小时……Ww组拉伸样在温度Tb°C保温时间hb+ Δ hb (W-1 -2)小时，Wjl拉伸样在温度Tb°C保温时间hb+ Δ hb(W-2)小时，即得到^?组析出相测 试样，其中A hb为相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数;其中W2_Ww组析出相测试样经过 热处理，可认为是零应力状态；
[0054] A3 组析出相测试样进行金相处理，通过显微镜或电子背散射衍射计算出 经过金相处理的^-^^组各组中所有析出相测试样的析出相量，并分别取Wi-Ww组各组中所 有析出相测试样的析出相量平均值，分别记为Pi，P2，P3......Pw-l，Pw;
[0055] B、建立析出相量与纵波信号衰减度的关系数据库
[0056] B1、使用纵波平探头对l-Ww组各组中所有析出相测试样分别进行衰减度测试，计 算出A-Ww组各组中所有析出相测试样的纵波信号衰减度平均值，分别记为nu，m 2，m3…… ITlw-1 ?ITlw ；
[0057] B2、根据W2-Ww组各组析出相测试样的纵波信号的衰减度平均值(m2，m 3……nw-i， mw)，与％-^^组各组析出相测试样的析出相量平均值(P2，P3……Ph，P w)，利用最小二乘法建 立析出相量P与纵波信号衰减度Μ的关系数据库，组所有析出相测试样的纵波 信号衰减度平均值m带入P = g(M)，算出I组析出相测试样的析出相量计算值;将1组析 出相测试样的析出相量计算值丹'与B13得到的I组所有析出相测试样的析出相量平均值Pi 进行对比，如果误差在γ 以内，符合要求，所建立的析出相量P与纵波信号衰减度Μ的关 系数据库P = g(M)有效；如果误差大于γ ，重新按照Α1-Α3准备析出相测试样品，并按照 B1-B2建立析出相量P与纵波信号衰减度Μ的关系数据库，直到满足误差要求；
[0058] C、建立析出相量与临界折射纵波在零应力样中传播时间的关系数据库
[0059] C1、分别对l-Ww组各组中所有析出相测试样进行临界折射纵波速度采集，得到临 界折射纵波在Wl-Ww组各组析出相测试样的平均传播速度，记为V1Q，V2Q，V3Q......V(w-1)Q，VwO，， 并根据超声波收发换能器间的距离L，计算出临界折射纵波在^-^^组各组析出相测试样的 平均传播时间，即为临界折射纵波在不同析出相量的零应力析出相测试样中的平均传播时 间，记为tl0，t20，t30......t(w-l)0，tw0;
[0060] C2、根据临界折射纵波在W2-Ww组各组析出相测试样的平均传播时间（t2Q，t 3Q…… t(W-DO，two)，与12-1|组各组析出相测试样的析出相量平均值(P2，P3……Pw-i，Pw)，利用最小 二乘法建立析出相量P与临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系数据库，to = x(P); 将1组所有析出相测试样的析出相量平均值Pi带入to = x(P)，算出临界折射纵波在I组析 出相测试样的传播时间计算值t1Q'；将临界折射纵波在I组析出相测试样的传播时间计算 值t 1Q'与临界折射纵波在1组析出相测试样的实际平均传播时间t1Q进行对比，如果误差在 γ 2%以内，符合要求，所建立的析出相量P与临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系 数据库t〇=x(P)有效;如果误差大于γ 2%，重新按照A1-A3准备析出相测试样品，并按照C1- C2建立析出相量P与临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系数据库，直到满足误差 要求；
[0061] D、建立析出相量与声弹性系数的关系数据库
[0062] D1、分别对Mw组各组中所有析出相测试样进行声弹性系数拉伸标定，得到H 组各组析出相测试样的平均声弹性系数，记为lU，k2，k3……kw-hkw;
[0063] D2、根据W2-Ww组各组析出相测试样的平均声弹性系数(k2，k 3……kw-i，kw)，与W2-Ww 组各组析出相测试样的析出相量平均值(p2，p3……Pw-hPw)，利用最小二乘法建立析出相量 P与声弹性系数k的关系数据库，组所有析出相测试样的析出相量平均值?:带 入k = i3(p)，算出1组析出相测试样的声弹性系数计算值、'，将％组析出相测试样的声弹性 系数计算值ki'与I组析出相测试样的实际平均声弹性系数1^进行对比，如果误差在γ 3% 以内，符合要求，所建立的析出相量Ρ与声弹性系数k的关系数据库k = i3(P)有效;如果误差 大于γ 3%，重新按照A1-A3准备析出相测试样品，并按照D1-D2建立析出相量P与声弹性系 数k的关系数据库，直到满足误差要求；
[0064] E、测试待测焊件焊接接头的焊接残余应力
[0065] E1、布置待测焊件的超声波残余应力测试区域，所述测试区域包括焊缝区域、热影 响区域和母材区域。
[0066] E2、使用纵波平探头对待测焊件的测试区域进行衰减度测试，计算出测试区域的 纵波信号衰减度，记为Mc;
[0067] E3、调用B步建立的析出相量P与纵波信号衰减度Μ的关系，P = g(Μ)，计算出测试区 域的析出相量计算值Ρα，Ρα = 8(Μ。）；
[0068] Ε4、调用C步建立的析出相量Ρ与临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系，to =X(P)，计算出测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间td)，t。。=X(P。）；
[0069] E5、调用D步建立的析出相量P与声弹性系数k的关系，k = i3(P)，计算出测试区域的 声弹性系数Κ，1^=β(Ρ。）；
[0070] Ε6、采集待测焊件的测试区域的临界折射纵波速度V。，并根据超声波收发换能器 间的距离L，得到临界折射纵波在测试区域的传播时间tc-L/v。；
[0071] E7、根据E4步得到的测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间Ιο、Ε5 步得到的测试区域的声弹性系数k。和Ε6步得到的临界折射纵波在测试区域的传播时间t。， 计算待测焊件测试区域的焊接残余应力σ_。.：
[0072] 本例中所述步骤Α1中平行材料乳制或挤压方向切取拉伸样w组的组数w为6。所述 步骤Α1中平行材料乳制或挤压方向切取拉伸样w组，每组拉伸样包括的拉伸样根数rb为5。 所述步骤A2中对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理，犯组拉伸样在温度Tb°C保温h b小时中 的保温温度IVC为所测试拉伸样的析出相量改变温度。所述步骤A2中对N2-N n组拉伸样进行 不同条件热处理，犯组拉伸样在温度Tb°C保温hb小时中的保温时间h b小时的保温小时数hb为 能够保证他组拉伸样与未进行热处理的拉伸样之间存在10%的析出相量差异的时间。所述 步骤A2中相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数△ hb为只要能够保证相邻两组拉伸样间 存在具有20 %的析出相量差异的时间。所述步骤B2中验证析出相量P与纵波信号衰减度Μ的 关系数据库P = g(M)是否有效设置的误差值γ 为8%。所述步骤C2中验证析出相量Ρ与临 界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系数据库t〇 = x(P)是否有效设置的误差值γ 2% 为7%。所述步骤D2中验证析出相量Ρ与声弹性系数k的关系数据库k=i3(P)是否有效设置的 误差值γ 3%为10%。
[0073]本发明的使用效果可以通过以下试验得到验证和说明：
[0074]按照本实施例建立析出相量与纵波信号衰减度的关系数据库、析出相量与临界折 射纵波在零应力样中传播时间的关系数据库、析出相量与声弹性系数的关系数据库。在所 述步骤Α2中对Ν2-Ν η组拉伸样进行不同条件热处理，犯组拉伸样在温度200°C保温2小时。所 述步骤A2中相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数Δ hb为2h。
[0075] 选取铝合金A7N01S-T5,尺寸为700*250mm的相同的两块焊接试板(所有的焊接参 数均相同），按照图1在两块焊接试板上布置测试区域，所述测试区域包括焊缝区域A、热影 响区域B和母材区域C。图中，黑点si为超声波残余应力测试区域中心，圆圈s2表示盲孔法残 余应力测试区域中心，图的右侧为局部放大部分。对其中一块焊接试板，先用传统的超声波 残余应力测试法测试焊接试板上各个超声波残余应力测试区域中心si的残余应力(L1)，再 用本实施例的方法测试各个超声波残余应力测试区域中心si的残余应力(L2)。对另一块焊 接试板，用盲孔法测试盲孔法残余应力测试区域中心s2的残余应力。测试结果如图2所示， 传统的超声波残余应力测试法得到的在焊缝区域、热影响区域的测试结果与盲孔法具有非 常大的差异，在远离焊缝的母材区域测试结果差异性较小，这是由于传统的超声波残余应 力测试法在计算残余应力时，采用母材的声弹性系数和超声波零应力样中传播时间，而焊 缝区域和热影响区域与母材区域之间的析出相量存在非常大的差异性。而使用本实施例的 测试方法，得到的焊缝区域、热影响区域以及母材区域的残余应力测试结果，均与盲孔法的 差异性较小，这是由于本发明方法在计算残余应力时，采用的声弹性系数和超声波零应力 样中传播时间是根据析出相量而定，有效修正了焊缝区域、热影响区域和母材区域的析出 相量对声弹性系数，超声波在零应力样中传播时间所产生的巨大误差，可显著提高超声波 对焊接接头残余应力的测试精度。
[0076] 实施例二
[0077] 本实施例的超声波残余应力测试方法与实施例一基本相同，仅仅是步骤中参数的 选择不同，本实施例中各个步骤参数的选择如下：
[0078] 本例中所述步骤A1中平行材料乳制或挤压方向切取拉伸样w组的组数w为5。所述 步骤A1中平行材料乳制或挤压方向切取拉伸样w组，每组拉伸样包括的拉伸样根数rb为4。 所述步骤A2中对N2_Nn组拉伸样进行不同条件热处理，犯组拉伸样在温度Tb°C保温h b小时中 的保温温度IVC为所测试拉伸样的析出相量改变温度。所述步骤A2中对N2-N n组拉伸样进行 不同条件热处理，犯组拉伸样在温度Tb°C保温hb小时中的保温时间h b小时的保温小时数hb为 能够保证％组拉伸样与未进行热处理的拉伸样之间存在5%的析出相量差异的时间。所述 步骤A2中相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数△ hb为只要能够保证相邻两组拉伸样间 存在具有10 %的析出相量差异的时间。所述步骤B2中验证析出相量P与纵波信号衰减度Μ的 关系数据库P = g(M)是否有效设置的误差值γ 为5%。所述步骤C2中验证析出相量Ρ与临 界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系数据库t〇 = x(P)是否有效设置的误差值γ 2% 为5%。所述步骤D2中验证析出相量Ρ与声弹性系数k的关系数据库k=i3(P)是否有效设置的 误差值γ 3%为5%。
[0079] 实施例三
[0080] 本实施例的超声波残余应力测试方法与实施例一基本相同，仅仅是步骤中参数的 选择不同，本实施例中各个步骤参数的选择如下：
[0081] 本例中所述步骤A1中平行材料乳制或挤压方向切取拉伸样w组的组数w为4。所述 步骤A1中平行材料乳制或挤压方向切取拉伸样w组，每组拉伸样包括的拉伸样根数rb为3。 所述步骤A2中对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理，犯组拉伸样在温度Tb°C保温h b小时中 的保温温度IVC为所测试拉伸样的析出相量改变温度。所述步骤A2中对N2-N n组拉伸样进行 不同条件热处理，犯组拉伸样在温度Tb°C保温hb小时中的保温时间h b小时的保温小时数hb为 能够保证他组拉伸样与未进行热处理的拉伸样之间存在15%的析出相量差异的时间。所述 步骤A2中相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数△ hb为只要能够保证相邻两组拉伸样间 存在具有30 %的析出相量差异的时间。所述步骤B2中验证析出相量P与纵波信号衰减度Μ的 关系数据库P = g(M)是否有效设置的误差值γ 为10%。所述步骤C2中验证析出相量Ρ与 临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系数据库t〇 = x(P)是否有效设置的误差值 γ2%为10%。所述步骤D2中验证析出相量P与声弹性系数k的关系数据库k=i3(P)是否有效 设置的误差值γ 3%为15%。
【主权项】
1. 一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法，其步骤如下： A、 准备析出相测试样 A1、平行材料乳制或挤压方向切取拉伸样w组，记为I组，W2组…Ww-i组，Wji，每组拉伸 样包括相同拉伸样η根； Α2、对1组拉伸样不做任何处理，对W2-Wjfl拉伸样进行不同条件热处理、同一组中的拉 伸样热处理条件相同，具体的热处理条件是:％组拉伸样在温度IVC保温时间hb小时，W3组 拉伸样在温度Tb°C保温时间h b+ Δ hb小时……Ww-i组拉伸样在温度Tb°C保温时间hb+ Δ hb(w-1-2)小时，拉伸样在温度Tb°C保温时间hb+ Δ hb(w-2)小时，即得到…^且析出相测试 样，其中Ahb为相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数;其中W 2_Ww组析出相测试样经过热 处理，可认为是零应力状态； A3 组析出相测试样进行金相处理，通过显微镜或电子背散射衍射计算出经过 金相处理的l-Ww组各组中所有析出相测试样的析出相量，并分别取l-Ww组各组中所有析 出相测试样的析出相量平均值，分别记为Pi，P2，P3......Pw-l，Pw; B、 建立析出相量与纵波信号衰减度的关系数据库 B1、使用纵波平探头对Wi-Ww组各组中所有析出相测试样分别进行衰减度测试，计算出 WHVw组各组中所有析出相测试样的纵波信号衰减度平均值，分别记为…… B2、根据W2-Ww组各组析出相测试样的纵波信号的衰减度平均值(m2，m 3……πι^,πΟ,与 W2-Ww组各组析出相测试样的析出相量平均值(Ρ2，Ρ3……Ρη，P w)，利用最小二乘法建立析出 相量P与纵波信号衰减度Μ的关系数据库，Ρ = 8(Μ)4#1组所有析出相测试样的纵波信号衰 减度平均值m带入P = g(M)，算出I组析出相测试样的析出相量计算值;将1组析出相测 试样的析出相量计算值?:'与B13得到的I组所有析出相测试样的析出相量平均值Pi进行对 比，如果误差在γ:%以内，符合要求，所建立的析出相量P与纵波信号衰减度Μ的关系数据 库P = g(M)有效;如果误差大于γι%，重新按照Α1-Α3准备析出相测试样品，并按照Β1-Β2建 立析出相量Ρ与纵波信号衰减度Μ的关系数据库，直到满足误差要求； C、 建立析出相量与临界折射纵波在零应力样中传播时间的关系数据库 C1、分别对Wi-Ww组各组中所有析出相测试样进行临界折射纵波速度采集，得到临界折 射纵波在Wl-Ww组各组析出相测试样的平均传播速度，记为V1Q，V2Q，V3Q......V(w-1)Q，VwQ，，并根 据超声波收发换能器间的距离L，计算出临界折射纵波在^-^^组各组析出相测试样的平均 传播时间，即为临界折射纵波在不同析出相量的零应力析出相测试样中的平均传播时间， i己为tio，?20，?30......t(w-1)0，two ; C2、根据临界折射纵波在W2-Ww组各组析出相测试样的平均传播时间（t2Q，t 3Q…… t(w-do，twQ)，与％-^^组各组析出相测试样的析出相量平均值(P2，P3……Ph，P w)，利用最小 二乘法建立析出相量P与临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系数据库，to = x(P); 将1组所有析出相测试样的析出相量平均值Pi带入to = x(P)，算出临界折射纵波在I组析 出相测试样的传播时间计算值t1Q'；将临界折射纵波在I组析出相测试样的传播时间计算 值t 1Q'与临界折射纵波在1组析出相测试样的实际平均传播时间t1Q进行对比，如果误差在 γ 2%以内，符合要求，所建立的析出相量P与临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系 数据库t〇=x(P)有效;如果误差大于γ 2%，重新按照A1-A3准备析出相测试样品，并按照C1-C2建立析出相量Ρ与临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系数据库，直到满足误差 要求； D、 建立析出相量与声弹性系数的关系数据库 D1、分别对l-Ww组各组中所有析出相测试样进行声弹性系数拉伸标定，得到l-Ww组各 组析出相测试样的平均声弹性系数，记为lU，k2，k3……kw+kw; D2、根据W2-Ww组各组析出相测试样的平均声弹性系数(k2，k 3……kw-^kw)，与W2-Ww组各 组析出相测试样的析出相量平均值(P2，P3……?^，？1)，利用最小二乘法建立析出相量卩与 声弹性系数k的关系数据库，kiiHP)#%组所有析出相测试样的析出相量平均值Pi带入k = β(Ρ)，算出I组析出相测试样的声弹性系数计算值匕^将％组析出相测试样的声弹性系 数计算值1^'与I组析出相测试样的实际平均声弹性系数1^进行对比，如果误差在γ 3%以 内，符合要求，所建立的析出相量Ρ与声弹性系数k的关系数据库k = i3(P)有效;如果误差大 于γ 3%，重新按照A1-A3准备析出相测试样品，并按照D1-D2建立析出相量P与声弹性系数k 的关系数据库，直到满足误差要求； E、 测试待测焊件焊接接头的焊接残余应力 E1、布置待测焊件的超声波残余应力测试区域，所述测试区域包括焊缝区域、热影响区 域和母材区域； E2、使用纵波平探头对待测焊件的测试区域进行衰减度测试，计算出测试区域的纵波 信号衰减度，记为Mc; E3、调用B步建立的析出相量P与纵波信号衰减度Μ的关系，P = g(M)，计算出测试区域的 析出相量计算值?。，？。= 8%); E4、调用C步建立的析出相量P与临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关系，to = x (?)，计算出测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间^0，1() = %(?。）； E5、调用D步建立的析出相量P与声弹性系数k的关系，k = i3(P)，计算出测试区域的声弹 性系数Κ，1^=β(Ρ。）； Ε6、采集待测焊件的测试区域的临界折射纵波速度Vc，并根据超声波收发换能器间的距 离L，得到临界折射纵波在测试区域的传播时间tc-L/v。； E7、根据E4步得到的测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间tcQ、E5步得 到的测试区域的声弹性系数k。和E6步得到的临界折射纵波在测试区域的传播时间t。，计算 待测焊件测试区域的焊接残余应力D2. 根据权利要求1所述的一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法， 其特征在于:所述步骤A1中平行材料乳制或挤压方向切取拉伸样w组的组数w不小于4。3. 根据权利要求1所述的一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法， 其特征在于:所述步骤A1中平行材料乳制或挤压方向切取拉伸样w组，每组拉伸样包括的拉 伸样根数η不小于3。4. 根据权利要求1所述的一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法， 其特征在于:所述步骤Α2中对Ν2-Ν η组拉伸样进行不同条件热处理，犯组拉伸样在温度Tb°C 保温hb小时中的保温温度Tb °C为所测试拉伸样的析出相量改变温度。5. 根据权利要求1所述的一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法， 其特征在于:所述步骤A2中对N2-N n组拉伸样进行不同条件热处理，犯组拉伸样在温度Tb°C 保温hb小时中的保温时间hb小时的保温小时数hb为能够保证N2组拉伸样与未进行热处理的 拉伸样之间存在5-15%的析出相量差异的时间。6. 根据权利要求1所述的一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法， 其特征在于:所述步骤A2中相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数Ah b为只要能够保证相 邻两组拉伸样间存在具有10-30%的析出相量差异的时间。7. 根据权利要求1所述的一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法， 其特征在于:所述步骤B2中验证析出相量P与纵波信号衰减度Μ的关系数据库P = g(M)是否 有效设置的误差值γ 1%为5-10 %。8. 根据权利要求1所述的一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法， 其特征在于:所述步骤C2中验证析出相量Ρ与临界折射纵波在零应力样中传播时间to的关 系数据库t〇=x(P)是否有效设置的误差值γ 2%为5-10%。9. 根据权利要求1所述的一种可修正析出相量差异影响的超声波残余应力测试方法， 其特征在于:所述步骤D2中验证析出相量Ρ与声弹性系数k的关系数据库k = i3(P)是否有效 设置的误差值γ 3%为5-15%。
【文档编号】G01L1/25GK105865675SQ201610200334
【公开日】2016年8月17日
【申请日】2016年3月31日
【发明人】陈佳, 朱其猛, 苟国庆, 陈辉, 朱忠尹, 马传平, 安江丽, 覃超, 刘亚丽, 祝鹏飞
【申请人】西南交通大学