一种适用于刀具疲劳损伤的温度检测方法
【专利摘要】一种适用于刀具疲劳损伤的温度检测方法，它涉及刀具温度检测方法技术领域，它利用非线性超声测试系统对经过激光冲击改性后的刀具进行初始非线性系数β0的测定；对经过激光冲击改性后的刀具进行加热处理，初始加热温度为100℃，然后进行非线性超声测试，得到对应的非线性系数β1；之后将温度依次调升50℃并进行非线性超声测试，得到一系列非线性系数βn；将每一次计算得到的非线性系数除以初始非线性系数β0得到经过激光冲击改性刀具的正则化相对非线性系数λ0、λ1···λn?1；若λ＜1则继续加热激光冲击改性后的刀具，直到λ＞1，说明在该使役温度下，经过激光冲击改性后的刀具发生了疲劳损伤，此时对应的温度就是经过激光冲击改性的刀具的耐高温温度。
【专利说明】
一种适用于刀具疲劳损伤的温度检测方法
技术领域
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[0001]本发明涉及刀具温度检测方法技术领域，具体涉及一种适用于刀具疲劳损伤的温度检测方法。
【背景技术】
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[0002]经过激光冲击改性的刀具，其强度、耐高温性、耐腐蚀性等均有显著提高。但是激光冲击改性处理后的零件在服役过程中的受热温度不应太高，以免破坏激光强化延寿的处理效果。因此有必要对经过激光冲击改性的刀具在使役过程中疲劳损伤萌生时对应的使役温度进行实时监测。
[0003]近年来，非线性超声技术引起了人们的广泛重视。越来越多的研究表明，材料性能退化与超声波的非线性效应密切相关。由于材料性能的退化，将使其中传播的超声波波形产生畸变，导致单一频率的超声波中会有高频谐波的产生，即单一频率的超声波在具有非线性特性的介质或结构中传播时将产生二倍、三倍等整数倍频率的高阶谐波。因此通过对这些高频谐波的测量研究，找到其处于不同阶段的声学非线性系数，就可以对材料和结构的早期疲劳损伤做出有效的无损检测。
【发明内容】
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[0004]本发明的目的是提供一种适用于刀具疲劳损伤的温度检测方法，它利用非线性超声在线检测激光冲击改性刀具的疲劳损伤情况；通过该检测方法，可以在不损坏材料的情况下获知刀具早期疲劳损伤的使役温度；具有在线、高效的优点。
[0005]为了解决【背景技术】所存在的问题，本发明是采用如下技术方案:它的检测方法为:
[0006]步骤一:提供一经过激光冲击改性的刀具；
[0007]步骤二:确定经过激光冲击改性的刀具表面的初始非线性系数β。:
[0008]在经过激光冲击改性的刀具的一侧利用特定信号使超声换能器激发出超声波信号，在经过激光冲击改性的刀具的另一侧通过利用超声换能器接收超声波信号，对接收到的超声波信号进行傅里叶变换，得到计算机记录的超声波信号中的基频幅值A1和倍频幅值A2 ;
[0009]定义非线性系数:β = A2A12 ；
[0010]计算得到经过激光冲击改性的刀具表面的初始非线性系数，记为β。；
[0011]步骤三:将经过激光冲击改性的刀具上、中、下三个位置捆绑热电偶并置入高温电炉中；
[0012]步骤四:对经过激光冲击改性的刀具分温度阶段加热:
[0013]通过温控设备将高温电炉加热温度设置为100°C，待热电偶检测到的温度达到100°C时，停止加热，并保温30min后进行疲劳损伤监测。重复步骤二，确定第二个非线性系数;将非线性系数P1除以步骤一中初始非线性系数β c得到刀具激光冲击改性的初始正则化相对非线性系数λ。，当相对非线性系数λ。小于I时，则继续对改性后的刀具进行加热处理；
[0014]定义非线性系数:β = A22A112 ；
[0015]步骤五:对激光冲击改性后的刀具分温度阶段加热:
[0016]通过温控设备将温度上调50°C，热电偶检测到温度达到150°C时，停止加热，并保温30min后再进行疲劳损伤监测，重复步骤一，确定第三个非线性系数β 2，将非线性系数β 2除以步骤一中初始非线性系数β ο得到钛合金激光冲击改性的第二正则化相对非线性系数λ 当相对非线性系数λ i小于I时，则继续对改性后的刀具进行加热处理；
[0017]步骤六:重复步骤二至步骤三的操作，得到第η个非线性系数βη，将非线性系数β η除以步骤一中初始非线性系数β ^得到刀具激光改性的第η-1个正则化相对非线性系数λ n i，直到相对非线性系数大于I时，可认为激光冲击改性后的刀具发生疲劳损伤，则得到对应的疲劳损伤的使役温度。
[0018]所述的刀具易疲劳失效区具体应为刀具刀刃区域。
[0019]本发明利用非线性超声在线检测方法检测激光冲击改性后刀具疲劳损伤萌生的使役温度；研究表明金属材料的非线性主要来自于位错、晶带滑移等微观缺陷。不同疲劳损伤程度具有不同的微观缺陷组态，非线性系数的大小也不同，从而借助非线性系数来了解材料的疲劳损伤情况；本发明的创新之处在于提出了利用非线性超声在线检测激光冲击改性刀具的疲劳损伤情况；通过该检测方法，可以在不损坏材料的情况下获知刀具早期疲劳损伤的使役温度；具有在线、高效的优点。
【附图说明】
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[0020]图1为本发明中激光冲击改性后刀具的加热系统的结构示意图；
[0021]图2为本发明中非线性超声测试系统的结构示意图。
【具体实施方式】
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[0022]本【具体实施方式】采用如下技术方案:该方法包括:利用非线性超声测试系统对经过激光冲击改性后的刀具进行初始非线性系数的测定；对经过激光冲击改性后的刀具进行加热处理，初始加热温度为100°c，然后进行非线性超声测试，得到对应的非线性系数β 10之后将温度依次调升50°c并进行非线性超声测试，得到一系列非线性系数βη ;将每一次计算得到的非线性系数除以初始非线性系数β ο得到经过激光冲击改性刀具的正则化相对非线性系数λ。、λ η λ2、λ3...\η1.Μ λ < I则继续加热激光冲击改性后的刀具，直到λ > 1，说明在该使役温度下，经过激光冲击改性后的刀具发生了疲劳损伤，此时对应的温度就是经过激光冲击改性的刀具的耐高温温度。
[0023]参看图1，激光冲击改性后刀具的加热系统，它包括温控设备101、高温电炉102 (高温电炉是MTS809 Materials Testing System拉一扭复合疲劳试验机所附加模块，该高温电炉配有温控设备，最高试验温度可达1000°C )、热电偶103 (热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件，可直接测量温度且耐热性好，最高耐热温度达2800°C )、激光冲击改性后的刀具一 104、计算机一 105 ;三个热电偶103分别捆绑于激光冲击改性后刀具的上、中、下三个表面，一并置入高温电炉；热电偶103的输出端连接于计算机一 105监测温度值。
[0024]如图2所示，非线性超声测试系统，它包括:示波器201，主机202，计算机二 203，前置衰减及低通滤波模块204，超声波激发装置205，超声波接收装置207。示波器201的型号为TDS3034B，主机202的型号为Ritec SNAP-0.25-7-G2，前置衰减及低通滤波模块204的型号为RLP-2。利用同轴电缆将主机202的信号输出端A与前置衰减及低通滤波模块204的输入端连接，前置衰减及低通滤波模块204的输出端与超声换能器205连接，超声换能器的信号接入主机202的接收端B，主机202的信号监视端口 C与示波器201连接。
[0025](010)、确定激光冲击改性后的刀具的表面进行初始非线性系数β。；
[0026]在激光冲击改性后的刀具二 206的一侧利用特定信号使超声换能器205激发出超声波信号，在激光冲击改性后刀具的另一侧通过利用超声换能器207接收超声波信号，对接收到的超声波信号进行傅里叶变换，得到计算机二 203记录的超声波信号中的基频幅值A1和倍频幅值A2 ；
[0027]定义非线性系数:β = A2A12 ；
[0028]计算得到刀具激光冲击改性表面的初始非线性系数，记为β。；
[0029](011)、将激光冲击改性后的刀具一 104上、中、下三个位置捆绑热电偶103并置入高温电炉102中；
[0030](012)、对激光冲击改性后的刀具分温度阶段加热:
[0031]通过温控设备将高温电炉102加热温度设置为待100°C，待热电偶103检测到的温度达到100°C时，停止加热，并保温30min后进行疲劳损伤监测。重复步骤(010)，确定第二个非线性系数βρ将非线性系数P1除以步骤一中初始非线性系数β c得到刀具激光冲击改性的初始正则化相对非线性系数λ。，当相对非线性系数λ。小于I时，则继续对改性后的刀具进行加热处理；
[0032](013)、对激光冲击改性后的刀具分温度阶段加热:
[0033]通过温控设备101将温度上调50°C，热电偶103检测到温度达到150°C时，停止加热，并保温30min后再进行疲劳损伤监测，重复步骤
[0010]，确定第三个非线性系数β2，将非线性系数@2除以步骤一中初始非线性系数β c得到刀具激光冲击改性的第二正则化相对非线性系数λ 当相对非线性系数λ i小于I时，则继续对改性后的刀具进行加热处理；
[0034](014)、重复步骤(010)至步骤(013)的操作，得到第η个非线性系数βη，将非线性系数@。除以步骤一中初始非线性系数得到刀具激光改性的第η-1个正则化相对非线性系数λη1，直到相对非线性系数大于I时，可认为激光冲击改性后的刀具发生疲劳损伤，则得到对应的疲劳损伤的使役温度。
[0035]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种适用于刀具疲劳损伤的温度检测方法，其特征在于它的检测方法为: 步骤一:提供一经过激光冲击改性的刀具； 步骤二:确定经过激光冲击改性的刀具表面的初始非线性系数: 在经过激光冲击改性的刀具的一侧利用特定信号使超声换能器激发出超声波信号，在经过激光冲击改性的刀具的另一侧通过利用超声换能器接收超声波信号，对接收到的超声波信号进行傅里叶变换，得到计算机记录的超声波信号中的基频幅值A1和倍频幅值A2 ； 定义非线性系数:β = A2A12 ； 计算得到经过激光冲击改性的刀具表面的初始非线性系数，记为; 步骤三:将经过激光冲击改性的刀具上、中、下三个位置捆绑热电偶并置入高温电炉中； 步骤四:对经过激光冲击改性的刀具分温度阶段加热: 通过温控设备将高温电炉加热温度设置为100°C，待热电偶检测到的温度达到100°C时，停止加热，并保温30min后进行疲劳损伤监测。重复步骤二，确定第二个非线性系数;将非线性系数P1除以步骤一中初始非线性系数β c得到刀具激光冲击改性的初始正则化相对非线性系数λ。，当相对非线性系数λ。小于I时，则继续对改性后的刀具进行加热处理； 定义非线性系数:β = A22A112 ； 步骤五:对激光冲击改性后的刀具分温度阶段加热: 通过温控设备将温度上调50°c，热电偶检测到温度达到150°C时，停止加热，并保温30min后再进行疲劳损伤监测，重复步骤一，确定第三个非线性系数β2，将非线性系数β2除以步骤一中初始非线性系数β ο得到钛合金激光冲击改性的第二正则化相对非线性系数λ 1；当相对非线性系数λ i小于I时，则继续对改性后的刀具进行加热处理； 步骤六:重复步骤二至步骤三的操作，得到第η个非线性系数βη，将非线性系数βη除以步骤一中初始非线性系数β。得到刀具激光改性的第η-1个正则化相对非线性系数λ n i，直到相对非线性系数大于I时，可认为激光冲击改性后的刀具发生疲劳损伤，则得到对应的疲劳损伤的使役温度。
【文档编号】G01N29/04GK105890792SQ201410428112
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2014年8月28日
【发明人】任旭东, 戴文杰, 任乃飞, 谢善忠, 徐士东, 殷文元, 崔卫东, 尹小琴, 张西良, 王匀, 王存堂, 张晓荣, 谢方伟
【申请人】江苏万力机械股份有限公司, 江苏大学