一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法

一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法
【专利摘要】本发明提出了一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法，步骤如下：首先对焊接部位按微观组织不同进行分区，确定各个微观组织区域的平行于焊缝和垂直于焊缝方向的应力系数和零声时偏差值。然后，根据焊接部位任一测量区域的超声波探测范围中各微观组织区域所占的比例，求得所述修正了微观组织差异影响的测量区域两个方向上应力系数和零声时偏差值，通过本发明中的公式求解获得各个微观组织的应力系数和零声时偏差值，进而得到整个焊接接头区域微观组织过渡区应力系数和零声时偏差值的分布曲线，两者结合修正微观组织差异所造成的所述测量区域残余应力值误差。该方法可显著地提高了超声波残余应力测量精度。
【专利说明】
一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法，属于残余 应力测量领域。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] 目前测量焊接接头残余应力的方法主要分为有损和无损两种方法，其中有损方法 主要包括盲孔法、切条法，有损方法测量准确度高但对测试构件产生了不可逆的破坏，而这 对很多商品化的产品是不允许的。无损方法主要包括超声波法、X射线法、中子衍射法以及 磁性测定法。其中中子衍射法由于其设备昂贵，受条件限制，在实际工业中几乎没有使用， 磁性测定法只针对铁磁性材料，对于铝合金不能使用，目前对于铝合金焊接接头的残余应 力测定主要采用超声波法和X射线法，但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。超声波法对测量试件表面要求低、 测量速度快、绿色无污染，近几年来发展较快。
[0004] 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，即超声波中的临界折射波(LCR波)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，若超声波收发探头距离固 定(超声波收发探头距离即为超声波传播有效距离），由声弹性公式A σ = Κ △ t得到待测样 的残余应力值，其中，K为应力系数，△ σ为待测样中的应力值与零应力样中的应力值之差， 即超声波残余应力测量系统测得的残余应力值；A t为临界折射波在待测样中的传播时间 与超声波在零应力样(零应力样取自于母材）中的传播时间之差，也称为超声波声时差。应 力系数K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，标定之后输入超声 波测量系统中。进行残余应力测试时，超声波测量系统通过记录临界折射波在待测样的超 声波探测范围（超声波探头的宽度与超声波传播有效距离围成的矩形区域）的传播时间与 超声波在零应力样中的传播时间之差At，根据超声波测量系统中预先输入的应力系数K， 自动计算得出待测样中的应力值与零应力样中的应力值之差A 即待测样的残余应力值。 在实际测量时，由于焊接接头不同焊接区域超声波探测范围受到的焊接热影响不同，导致 不同区域的晶粒尺寸、析出强化相、织构组织等微观组织发生变化，声弹性常数也会发生变 化。微观组织和声弹性常数的变化直接影响在实际测量中使用的应力系数K，同时也会产生 真实测量点与零应力参考点之间的零声时偏差，上述两者所带来的系统误差会严重影响对 真实构件进行超声波残余应力测量时的精度，限制了超声波法在残余应力测试中的应用。

【发明内容】

[0005] 本发明的目的是提供一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法， 该方法可修正由于焊接部位不同焊接区域的微观组织不同所造成声弹性公式中的应力系 数和零声时偏差值的变化，从而显著提高了超声波残余应力测量精度。
[0006] 本发明实现其发明目的所采取的技术手段是:一种可修正微观组织差异影响的超 声波残余应力测量方法，包括以下步骤：
[0007] A、对焊接部位进行微观组织检测，将焊接部位按微观组织不同分成I个微观组织 区域Ri，其中i为微观组织区域Ri的编号，i = 1，2，3…I;
[0008] B、确定焊接部位上各个微观组织区域心的平行于焊缝方向的应力系数K'Pl和垂直 于焊缝方向的应力系数Κ ' Vl;确定焊接部位上各个微观组织区域心的平行于焊缝方向的零 声时偏差值Δ T ' Pi和垂直于焊缝方向的零声时偏差值Δ T ' Vi;
[0009] C、计算修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平行于焊缝方向的应力系数 ΚΡη、垂直于焊缝方向的应力系数K Vn;平行于焊缝方向的零声时偏差值ΔΤ^Ρ垂直于焊缝方 向的零声时偏差值ATVn:
[0010] Cl、在对焊接部位任一测量区域η进行平行于焊缝方向的超声波残余应力测试时， 根据测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心所占的比例λ ιη和步骤Β中得到的不 同微观组织区域心的平行于焊缝方向的应力系数K'Pl，求得修正了微观组织差异影响的所 述测量区域η的平行于焊缝方向的应力系数Κ Ρη;
[0011] C2、在对焊接部位任一测量区域η进行垂直于焊缝方向的超声波残余应力测试时， 根据测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心所占的比例和步骤Β中得到的不 同微观组织区域心的垂直于焊缝方向的应力系数K' Vl，求得修正了微观组织差异影响的所 述测量区域η的垂直于焊缝方向的应力系数KVn;
[0012] C3、在对焊接部位任一测量区域η进行平行于焊缝方向的超声波残余应力测试时， 根据测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心所占的比例λ ιη和步骤Β中得到的各 个微观组织区域心的平行于焊缝方向的零声时偏差值A T'Pl，求得修正了微观组织差异影 响的所述测量区域η的平行于焊缝方向的零声时偏差值△ ΤΡη;
[0013] C4、在对焊接部位任一测量区域η进行垂直于焊缝方向的超声波残余应力测试时， 根据测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心所占的比例μ ιη和步骤Β中得到的各 个微观组织区域心的垂直于焊缝方向的零声时偏差值A T'Vl，求得修正了微观组织差异影 响的所述测量区域η的垂直于焊缝方向的零声时偏差值△ TVn;
[0014] D、根据步骤C得到的修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平行于焊缝方 向的应力系数Κρ η和零声时偏差值Δ Τρη，基于公式：Δ σΡη = Κρη( Δ t+ Δ Τρη)，计算修正了微观 组织差异所造成的误差的所述测量区域η的平行于焊缝方向的焊接残余应力值△ σΡη;
[0015] 根据步骤C得到的修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的垂直于焊缝方向 的应力系数KVn和零声时偏差值Δ TVn，基于公式：Δ σνη = κνη( Δ t+ Δ TVn)，计算修正了微观组 织差异所造成的误差的所述测量区域η的垂直于焊缝方向的焊接残余应力值△ σνη。
[0016] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0017] 在对焊接部位进行超声波残余应力测试时，由于不同焊接区域超声波探测范围受 到的焊接热影响不同，导致不同区域的晶粒尺寸、析出强化相、织构组织等微观组织发生变 化，声弹性常数也会发生变化。微观组织和声弹性常数的变化直接影响在实际测量中使用 的应力系数。同样在零应力状态下，由于母材区域和不同焊接区域的微观组织不同，导致母 材的零应力状态传播时间和不同焊接区域的零应力状态传播时间不同，而在实际测量中使 用的超声波在零应力样中的传播时间为母材的零应力状态传播时间，而不是所在的焊接区 域的零应力状态传播时间，给超声波声时差的计算造成了误差，其中母材的零应力状态传 播时间和不同焊接区域的零应力状态传播时间之差，在本发明中称为零声时偏差值。由于 微观组织的影响导致的应力系数的改变和零声时偏差的存在，所带来的系统误差会严重影 响超声波残余应力测量的精度。
[0018]本发明首先通过预实验对焊接部位按微观组织不同进行分区，确定各个微观组织 区域的平行于焊缝方向的应力系数和零声时偏差值，垂直于焊缝方向的应力系数和零声时 偏差值。然后，根据焊接部位任一测量区域的超声波探测范围中各微观组织区域所占的比 例，求得所述修正了微观组织差异影响的测量区域的平行于焊缝方向的应力系数和零声时 偏差值，垂直于焊缝方向的应力系数和零声时偏差值。进一步，通过声弹性公式，用修正了 微观组织差异的应力系数，并引入零声时偏差值，计算修正了微观组织差异所造成的误差 的所述测量区域的平行于焊缝方向和垂直于焊缝方向的焊接残余应力值。
[0019]总之，本发明针对焊接部位各个焊接区域微观组织不同，经过数学分析和推导得 到测量区域中应力系数和零声时偏差值与各个微观组织占比值的关系，即可定量消除测量 区域微观组织差异造成的声弹性常数变化和零声时偏差值存在所引入的误差，显著减小了 超声波应力测量系统的测量误差，明显提高了测量精度。
[0020] 进一步，本发明所述步骤B确定焊接部位上各个微观组织区域心的平行于焊缝方 向的应力系数K ' Pl的具体做法是：
[0021] B11、在焊接部位的焊缝区域和母材区域上连续取J个长度平行于焊缝，宽度为超 声波探头宽度的平行测试试样吣，其中，j为平行测试试样Μ」的试样编号，j = l，2,3~J;所述 平行测试试样W的长度等于超声波接收探头长度、超声波发射探头长度、超声波传播有效 距离以及所述步骤B12中拉伸机夹持端之和，且所取的平行测试试样W个数J大于微观组织 区域仏的数量I;
[0022] B12、在每个平行测试试样吣的中心位置上沿所述平行测试试样Μ」长度方向安放超 声波探头，并通过微观组织检测确定在每个平行测试试样吣的超声波探测范围中各个微观 组织区域心所占的比例，记作a lj;将拉伸机的夹持端夹持在所述平行测试试样W长度方向 的两端，通过拉伸机对平行测试试样W施加沿所述平行测试试样W长度方向的不同梯度的 载荷;在各个应力状态下，分别对平行测试试样W进行沿所述平行测试试样Μ」长度方向的超 声波残余应力测试，记录每个应力状态下超声波测量系统所测出的各个平行测试试样Mj的 残余应力值和拉伸机提供的实际载荷值；
[0023] B13、步骤B12中进行残余应力测试的超声波测量系统的预设应力系数为1，以声 弹性公式为基础，通过步骤B12中得到的每个应力状态下超声波测量系统所测出的平行测 试试样吣的残余应力值，计算出每个应力状态下各个平行测试试样吣的实际超声波声时差； 根据步骤B12记录的拉伸机提供的实际载荷值和平行测试试样A的横截面积，得到实际作 用在平行测试试样吣上应力值；
[0024] B14、根据步骤B13得到的每个应力状态下平行测试试样W的实际超声波声时差和 实际作用在平行测试试样A上应力值的对应关系，基于声弹性公式，通过最小二乘法线性 拟合，得到各个平行测试试样吣超声波探测范围的平行于焊缝方向的应力系数K PJ;
[0025] B15、基于以下公式，计算各个微观组织区域心的平行于焊缝方向的应力系数K'Pl:
[0027]进一步，本发明所述步骤Β确定焊接部位上各个微观组织区域心的垂直于焊缝方 向的应力系数Κ ' Vl的具体做法是：
[0028] B21、以焊缝中心线为对称轴，垂直于焊缝取一个垂向测试试样N，所述垂向测试试 样N的长度方向包括焊缝区域，热影响区域和母材区域，所述垂向测试试样N的宽度大于或 等于超声波接收探头长度、超声波发射探头长度和超声波传播有效距离之和;在垂向测试 试样N上根据离焊缝中心线不同的距离布置K个测量点d k，其中，k为测量点dk的编号，k=l， 2,3···Κ，且所布置的测量点dk个数K大于微观组织区域心的数量I;
[0029] B22、在垂向测试试样N上沿所述垂向测试试样N长度方向依次安放超声波探头，使 超声探头中心分别对准各个测量点dk，并通过微观组织检测确定垂向测试试样N上每个测 量点d k对应的超声波探测范围中各个微观组织区域心所占的比例，记作alk;将拉伸机的夹 持端夹持在所述垂向测试试样N长度方向的两端，施加沿所述垂向测试试样N长度方向的不 同梯度的载荷;在各个应力状态下，分别对各个测量点d k进行沿所述垂向测试试样N长度方 向的超声波残余应力测试，记录每个应力状态下，超声波测量系统所测出的垂向测试试样N 上各个测量点dk的残余应力值和拉伸机提供的实际载荷值；
[0030] B23、步骤B22中进行残余应力测试的超声波测量系统的预设应力系数为Ks，以声 弹性公式为基础，通过步骤B22得到的每个应力状态下超声波测量系统所测出的垂向测试 试样N上各个测量点d k的残余应力值，计算出每个应力状态下垂向测试试样N上各个测量点 dk的实际超声波声时差;根据步骤B22记录的拉伸机提供的实际载荷值和垂向测试试样N的 横截面积，得到实际作用在垂向测试试样N上的应力值；
[0031] B24、根据步骤B23得到的每个应力状态下垂向测试试样N上各个测量点dk的实际 超声波声时差和实际作用在垂向测试试样N上应力值的对应关系，基于声弹性公式，通过最 小二乘法线性拟合得到垂向测试试样N上各个测量点d k对应的超声波探测范围的垂直于焊 缝方向的应力系数Kvk;
[0032] B25、基于以下公式，计算各个微观组织区域心垂直于焊缝方向的应力系数K'Vl:
[0034]进一步，本发明所述步骤B确定焊接部位上各个微观组织区域心的平行于焊缝方 向的零声时偏差值A T' Pl的具体做法是：
[0035] B31、确定母材零应力状态传播时间
[0036] 取与所述待测焊接试样材料厚度相同的未焊接的母材试板，进行超声波残余应力 测定，记录超声波在所述母材试板的传播时间，将超声波在沿所述母材试板乳制方向的传 播时间记为沿乳制方向的母材零应力状态传播时间t PQ;将超声波在垂直于所述母材试板的 乳制方向的传播时间记为垂直于乳制方向的母材零应力状态传播时间tvo;焊接都是沿着乳 制方向进行的，所以此处沿所述母材试板乳制方向即为焊接后的平行于焊缝的方向，垂直 于所述母材试板乳制方向即为焊接后的垂直于焊缝的方向；
[0037] B32、在焊接部位的焊缝区域和母材区域上连续取Η个长度平行于焊缝，宽度为超 声波探头宽度的平行测试试样Uh，其中，h为平行测试试样Uh的试样编号，?!=1，2,3···Η;所述 平行测试试样U h的长度等于超声波接收探头长度、超声波发射探头长度和超声波传播有效 距离之和，且所取的平行测试试样Uh个数Η大于微观组织区域&的数量I;
[0038] 此处取的平行测试试样Uh尺寸足够小，试样中的残余应力得到足够的释放，基本 可以视为零应力状态；
[0039] B33、在每个平行测试试样Uh的中心位置上沿所述平行测试试样Uh长度方向安放超 声波探头，并通过微观组织检测确定在每个平行测试试样Uh的超声波探测范围中各个微观 组织区域心所占的比例，记作blh;对每个平行测试试样Uh进行沿所述平行测试试样Uh的长度 方向的超声波残余应力测试，并将超声波在所述平行测试试样Uh的超声波探测范围的传播 时间记为平行测试试样Uh的零应力状态传播时间t hQ;用平行测试试样Uh的零应力状态传播 时间thQ减去沿乳制方向的母材零应力状态传播时间t PQ，即得各个平行测试试样Uh的零声时 偏差值 A Tph，Δ Tph= th『tp〇;
[0040] B34、基于以下公式，计算各个不同微观组织区域心的平行于焊缝方向的零声时偏 差值AT%i:
[0042]进一步，本发明所述步骤B确定焊接部位上各个微观组织区域心的垂直于焊缝方 向的零声时偏差值A T' Vl的具体做法是：
[0043] B41、确定母材零应力状态传播时间
[0044] 取与所述待测焊接试样材料厚度相同的未焊接的母材试板，进行超声波残余应力 测定，并记录超声波在所述母材试板的传播时间，将超声波在沿所述母材试板乳制方向的 传播时间记为沿乳制方向的母材零应力状态传播时间t PQ;将超声波在垂直于所述母材试板 的乳制方向的传播时间记为垂直于乳制方向的母材零应力状态传播时间tvo;焊接都是沿着 乳制方向进行的，所以此处沿所述母材试板乳制方向即为焊接后的平行于焊缝的方向，垂 直于所述母材试板的乳制方向即为焊接后的垂直于焊缝的方向；
[0045] B42、在焊接部位的焊缝区域和母材区域上连续取G个长度垂直于焊缝，宽度等于 超声波探头宽度Y的垂向测试试样％，其中，g为垂向测试试样~的试样编号，g = l，2,3…G; 所述垂向测试试样Wg的长度等于超声波接收探头长度、超声波发射探头长度和超声波传播 有效距离之和;且所取的垂向测试试样^个数G大于微观组织区域&的数量I;
[0046] 此处取的垂向测试试样~尺寸足够小，试样中的残余应力得到足够的释放，基本 可以视为零应力状态；
[0047] B43、在每个垂向测试试样Wg的中心位置上沿所述垂向测试试样^长度方向安放超 声波探头，并通过微观组织检测确定在每个垂向测试试样％的超声波探测范围中各个微观 组织区域心所占的比例，记作b lg;对每个垂向测试试样Wg进行沿所述垂向测试试样Wg的长度 方向的超声波残余应力测试，并将超声波在所述垂向测试试样W g的超声波探测范围的传播 时间记为垂向测试试样％的零应力状态传播时间4〇;用垂向测试试样％的零应力状态传播 时间t gQ减去垂直于乳制方向的母材零应力状态传播时间t?，即得各个垂向测试试样％的零 声时偏差值 Δ Tvg，Δ Tvg = tg〇-tvo;
[0048] B44、基于以下公式，计算各个不同微观组织区域心的垂直于焊缝方向的零声时偏 差值ΔΤ'νι:
[0050] 为了保证选取的微观组织更具代表性，在本发明的取样操作中，需要尽量避免起 弧端和收弧端的因焊接过程不稳定的影响。
[0051] 进一步，本发明所述步骤C1的具体做法是:在对测量区域η进行平行于焊缝方向的 超声波残余应力测试时，通过微观组织检测确定在测量区域η的超声波探测范围中各微观 组织区域心所占的比例λ ιη，根据步骤Β中得到的不同微观组织区域心的平行于焊缝方向的 应力系数K'Pl，按照以下公式，求得修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平行于焊 缝方向的应力系数Κ Ρη:
[0053]进一步，本发明所述步骤C2的具体做法是:在对测量区域η进行垂直于焊缝方向的 超声波残余应力测试时，通过微观组织检测确定在测量区域η的超声波探测范围中各微观 组织区域心所占的比例μιη，根据步骤Β中得到的不同微观组织区域心的垂直于焊缝方向的 应力系数K' Vl，按照以下公式，求得修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的垂直于焊 缝方向的应力系数KVn:
[0055] 进一步，本发明所述步骤C3的具体做法是:在对测量区域η进行平行于焊缝方向的 超声波残余应力测试时，通过微观组织检测确定在测量区域η的超声波探测范围中各微观 组织区域心所占的比例λ ιη，根据步骤Β中得到的各个微观组织区域心的平行于焊缝方向的 零声时偏差值A T'Pl，按照以下公式，求得修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平 行于焊缝方向的零声时偏差值A ΤΡη;
[0056] Δ Τρη = λ?η Δ τ，Ρ1+λ2η Δ τ，P2^-----^inAT'Pi。 (7)
[0057] 进一步，本发明所述步骤C4的具体做法是:在对测量区域η进行垂直于焊缝方向的 超声波残余应力测试时，通过微观组织检测确定在测量区域η的超声波探测范围中各微观 组织区域m所占的比例μ ιη，根据步骤Β中得到的各个微观组织区域心的垂直于焊缝方向的 零声时偏差值A T'Vl，按照以下公式，求得修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的垂 直于焊缝方向的零声时偏差值A TVn;
[0058] Δ Τνη = μLηΔ Τ'ν?+μ2ηΔ Τ，ν2+···+μLη Δ Τ'Vi 〇 (8)
[0059] 进一步，本发明所述微观组织检测包括硬度试验检测，金相观察，XRD等材料微观 组织观察方法。
[0060] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明做详细说明。
【附图说明】
[0061] 图1为本发明实施例平行于焊缝方向应力系数的实测值与修正值。
[0062]图2为本发明实施例垂直于焊缝方向应力系数实测值与修正值。
[0063]图3为本发明实施例平行于焊缝方向零声时偏差值实测值与修正值。
[0064]图4为本发明实施例垂直于焊缝方向零声时偏差值实测值与修正值。
[0065]图5为本发明实施例平行于焊缝方向残余应力的修正前超声波测量值和盲孔法测 量值。
[0066]图6为本发明实施例平行于焊缝方向残余应力的修正后超声波修正值和盲孔法测 量值。
[0067]图7为本发明实施例垂直于焊缝方向残余应力的修正前超声波测量值和盲孔法测 量值。
[0068]图8为本发明实施例垂直于焊缝方向残余应力的修正后超声波修正值和盲孔法测 量值。
【具体实施方式】
[0069]本发明的一种具体方式是:一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量 方法，包括以下步骤：
[0070] Α、对焊接部位进行微观组织检测，将焊接部位按微观组织不同分成I个微观组织 区域Ri，其中i为微观组织区域Ri的编号，i = 1，2，3…I;
[0071] B、确定焊接部位上各个微观组织区域心的平行于焊缝方向的应力系数K'Pl和垂直 于焊缝方向的应力系数κ ' Vl;确定焊接部位上各个微观组织区域心的平行于焊缝方向的零 声时偏差值Δ T ' Pi和垂直于焊缝方向的零声时偏差值Δ τ ' Vi;
[0072] C、计算修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平行于焊缝方向的应力系数 ΚΡη、垂直于焊缝方向的应力系数KVn;平行于焊缝方向的零声时偏差值ΔΤ^Ρ垂直于焊缝方 向的零声时偏差值AT Vn:
[0073] Cl、在对焊接部位上任一测量区域η进行平行于焊缝方向的超声波残余应力测试 时，根据测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心所占的比例λ ιη和步骤Β中得到的 不同微观组织区域心的平行于焊缝方向的应力系数K'Pl，求得修正了微观组织差异影响的 所述测量区域η的平行于焊缝方向的应力系数Κ Ρη;
[0074] C2、在对焊接部位上任一测量区域η进行垂直于焊缝方向的超声波残余应力测试 时，根据测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心所占的比例μ ιη和步骤Β中得到的 不同微观组织区域心的垂直于焊缝方向的应力系数K'Vl，求得修正了微观组织差异影响的 所述测量区域η的垂直于焊缝方向的应力系数K Vn;
[0075] C3、在对焊接部位上任一测量区域η进行平行于焊缝方向的超声波残余应力测试 时，根据测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心所占的比例λ ιη和步骤Β中得到的 各个微观组织区域h的平行于焊缝方向的零声时偏差值A T'Pl，求得修正了微观组织差异 影响的所述测量区域η的平行于焊缝方向的零声时偏差值ΔΤΡη;
[0076] C4、在对焊接部位上任一测量区域η进行垂直于焊缝方向的超声波残余应力测试 时，根据测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心所占的比例μ ιη和步骤Β中得到的 各个微观组织区域h的垂直于焊缝方向的零声时偏差值A T'Vl，求得修正了微观组织差异 影响的所述测量区域η的垂直于焊缝方向的零声时偏差值ΔΤνη;
[0077] D、根据步骤C得到的修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平行于焊缝方 向的应力系数Κρη和零声时偏差值Δ Τρη，基于公式：Δ σΡη = Κρη( Δ t+ Δ Τρη)，计算修正了微观 组织差异所造成的误差的所述测量区域η的平行于焊缝方向的焊接残余应力值△ σΡη;
[0078] 根据步骤C得到的修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的实际垂直于焊缝 方向的应力系数KVn和零声时偏差值Δ TVn，基于公式：Δ σνν = κνη( Δ t+ Δ TVn)，计算修正了微 观组织差异所造成的误差的所述测量区域η的垂直于焊缝方向的焊接残余应力值△ 〇Vn。
[0079] 本实施例中所述步骤Cl的具体做法是:在对测量区域η进行平行于焊缝方向的超 声波残余应力测试时，通过微观组织检测确定在测量区域η的超声波探测范围中各微观组 织区域心所占的比例λ ιη，根据步骤Β中得到的不同微观组织区域心的平行于焊缝方向的应 力系数K'Pl，按照以下公式，求得修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平行于焊缝 方向的应力系数Κ Ρη:
[0081] 本实施例中所述步骤Β确定焊接部位上各个微观组织区域心的平行于焊缝方向的 应力系数K'Pl的具体做法是：
[0082] Β11、在焊接部位的焊缝区域和母材区域上连续取J个长度平行于焊缝，宽度为超 声波探头宽度的平行测试试样吣，其中，j为平行测试试样M」的试样编号，j = l，2,3~J;所述 平行测试试样W的长度等于超声波接收探头长度、超声波发射探头长度、超声波传播有效 距离以及所述步骤B12中拉伸机夹持端之和，且所取的平行测试试样W个数J大于微观组织 区域仏的数量I;
[0083] B12、在每个平行测试试样吣的中心位置上沿所述平行测试试样Μ」长度方向安放超 声波探头，并通过微观组织检测确定在每个平行测试试样吣的超声波探测范围中各个微观 组织区域心所占的比例，记作alj;将拉伸机的夹持端夹持在所述平行测试试样W长度方向 的两端，通过拉伸机对平行测试试样W施加沿所述平行测试试样W长度方向的不同梯度的 载荷;在各个应力状态下，分别对平行测试试样W进行沿所述平行测试试样Μ」长度方向的超 声波残余应力测试，记录每个应力状态下超声波测量系统所测出的各个平行测试试样Mj的 残余应力值和拉伸机提供的实际载荷值；
[0084] B13、步骤B12中进行残余应力测试的超声波测量系统的预设应力系数为1，以声 弹性公式为基础，通过步骤B12中得到的每个应力状态下超声波测量系统所测出的平行测 试试样吣的残余应力值，计算出每个应力状态下各个平行测试试样吣的实际超声波声时差； 根据步骤B12记录的拉伸机提供的实际载荷值和平行测试试样A的横截面积，得到实际作 用在平行测试试样吣上应力值；
[0085] B14、根据步骤B13得到的每个应力状态下平行测试试样W的实际超声波声时差和 实际作用在平行测试试样A上应力值的对应关系，基于声弹性公式，通过最小二乘法线性 拟合，得到各个平行测试试样吣超声波探测范围的平行于焊缝方向的应力系数KPJ;
[0086] B15、基于以下公式，计算各个微观组织区域心的平行于焊缝方向的应力系数K'Pl:
[0088]本实施例中所述步骤Β确定焊接部位上各个微观组织区域心的垂直于焊缝方向的 应力系数K'Vl的具体做法是：
[0089] B21、以焊缝中心线为对称轴，垂直于焊缝取一个垂向测试试样N，所述垂向测试试 样N的长度方向包括焊缝区域，热影响区域和母材区域，所述垂向测试试样N的宽度大于或 等于超声波接收探头长度、超声波发射探头长度和超声波传播有效距离之和;在垂向测试 试样N上根据离焊缝中心线不同的距离布置K个测量点d k，其中，k为测量点dk的编号，k=l， 2,3···Κ，且所布置的测量点dk个数K大于微观组织区域心的数量I;
[0090] B22、在垂向测试试样N上沿所述垂向测试试样N长度方向依次安放超声波探头，使 超声探头中心分别对准各个测量点dk，并通过微观组织检测确定垂向测试试样N上每个测 量点dk对应的超声波探测范围中各个微观组织区域心所占的比例，记作alk;将拉伸机的夹 持端夹持在所述垂向测试试样N长度方向的两端，施加沿所述垂向测试试样N长度方向的不 同梯度的载荷;在各个应力状态下，分别对各个测量点d k进行沿所述垂向测试试样N长度方 向的超声波残余应力测试，记录每个应力状态下，超声波测量系统所测出的垂向测试试样N 上各个测量点dk的残余应力值和拉伸机提供的实际载荷值；
[0091] B23、步骤B22中进行残余应力测试的超声波测量系统的预设应力系数为Ks，以声 弹性公式为基础，通过步骤B22得到的每个应力状态下超声波测量系统所测出的垂向测试 试样N上各个测量点dk的残余应力值，计算出每个应力状态下垂向测试试样N上各个测量点 dk的实际超声波声时差;根据步骤B22记录的拉伸机提供的实际载荷值和垂向测试试样N的 横截面积，得到实际作用在垂向测试试样N上的应力值；
[0092] B24、根据步骤B23得到的每个应力状态下垂向测试试样N上各个测量点dk的实际 超声波声时差和实际作用在垂向测试试样N上应力值的对应关系，基于声弹性公式，通过最 小二乘法线性拟合得到垂向测试试样N上各个测量点dk对应的超声波探测范围的垂直于焊 缝方向的应力系数Kvk;
[0093] B25、基于以下公式，计算各个微观组织区域心垂直于焊缝方向的应力系数K'Vl:
[0095]本实施例中所述步骤B确定焊接部位上各个微观组织区域心的平行于焊缝方向的 零声时偏差值Δ Τ'Pl的具体做法是：
[0096] B31、确定母材零应力状态传播时间
[0097] 取与所述待测焊接试样材料厚度相同的未焊接的母材试板，进行超声波残余应力 测定，记录超声波在所述母材试板的传播时间，将超声波在沿所述母材试板乳制方向的传 播时间记为沿乳制方向的母材零应力状态传播时间t PQ;将超声波在垂直于所述母材试板乳 制方向的传播时间记为垂直于乳制方向的母材零应力状态传播时间tvo;
[0098] B32、在焊接部位的焊缝区域和母材区域上连续取Η个长度平行于焊缝，宽度为超 声波探头宽度的平行测试试样Uh，其中，h为平行测试试样U h的试样编号，?!=1，2,3···Η;所述 平行测试试样Uh的长度等于超声波接收探头长度、超声波发射探头长度和超声波传播有效 距离之和，且所取的平行测试试样U h个数Η大于微观组织区域&的数量I;
[0099] Β33、在每个平行测试试样Uh的中心位置上沿所述平行测试试样Uh长度方向安放超 声波探头，并通过微观组织检测确定在每个平行测试试样Uh的超声波探测范围中各个微观 组织区域心所占的比例，记作blh;对每个平行测试试样Uh进行沿所述平行测试试样Uh的长度 方向的超声波残余应力测试，并将超声波在所述平行测试试样Uh的超声波探测范围的传播 时间记为平行测试试样Uh的零应力状态传播时间t hQ;用平行测试试样Uh的零应力状态传播 时间thQ减去沿乳制方向的母材零应力状态传播时间t PQ，即得各个平行测试试样Uh的零声时 偏差值 A Tph，Δ Tph= th『tp〇;
[0100] B34、基于以下公式，计算各个不同微观组织区域心的平行于焊缝方向的零声时偏 差值ΔΤ'Ρι: ^ π-.Γδ^Γ , ….mh κτ.ρΛ ! . , 於
[0101] . = ： ··: : , Α'ι ….?. Λ Ψ _ΔΓ」 1ΑΤρη] 〇
[0102] 本实施例中所述步骤Β确定焊接部位上各个微观组织区域心的垂直于焊缝方向的 零声时偏差值Δ Τ'Vl的具体做法是：
[0103] B41、确定母材零应力状态传播时间
[0104] 取与所述待测焊接试样材料厚度相同的未焊接的母材试板，进行超声波残余应力 测定，并记录超声波在所述母材试板的传播时间，将超声波在沿所述母材试板乳制方向的 传播时间记为沿乳制方向的母材零应力状态传播时间t PQ;将超声波在垂直于所述母材试板 的乳制方向的传播时间记为垂直于乳制方向的母材零应力状态传播时间tvo;
[0105] B42、在焊接部位的焊缝区域和母材区域上连续取G个长度垂直于焊缝，宽度等于 超声波探头宽度Y的垂向测试试样％，其中，g为垂向测试试样~的试样编号，g = l，2,3…G; 所述垂向测试试样Wg的长度等于超声波接收探头长度、超声波发射探头长度和超声波传播 有效距离之和;且所取的垂向测试试样^个数G大于微观组织区域&的数量I;
[0106] B43、在每个垂向测试试样Wg的中心位置上沿所述垂向测试试样^长度方向安放超 声波探头，并通过微观组织检测确定在每个垂向测试试样％的超声波探测范围中各个微观 组织区域心所占的比例，记作blg;对每个垂向测试试样W g进行沿所述垂向测试试样Wg的长度 方向的超声波残余应力测试，并将超声波在所述垂向测试试样W g的超声波探测范围的传播 时间记为垂向测试试样％的零应力状态传播时间4〇;用垂向测试试样％的零应力状态传播 时间t gQ减去垂直于乳制方向的母材零应力状态传播时间t?，即得各个垂向测试试样％的零 声时偏差值 Δ Tvg，Δ Tvg = tg〇-tvo;
[0107] B44、基于以下公式，计算各个不同微观组织区域心的垂直于焊缝方向的零声时偏 差值ΔΤ'νι: ΔΓ',. ? 「， Γ ATr, 峪1.. V仏
[0108] . * = ； '· · : K ··· bIg . ο
[0109]本实施例中所述步骤C2的具体做法是:在对测量区域η进行垂直于焊缝方向的超 声波残余应力测试时，通过微观组织检测确定在测量区域η的超声波探测范围中各微观组 织区域心所占的比例μιη，根据步骤Β中得到的不同微观组织区域心的垂直于焊缝方向的应 力系数K' Vl，按照以下公式，求得修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的垂直于焊缝 方向的应力系数KVn:
[0111]本实施例中所述步骤C3的具体做法是:在对测量区域η进行平行于焊缝方向的超 声波残余应力测试时，通过微观组织检测确定在测量区域η的超声波探测范围中各微观组 织区域Ri所占的比例λιη，根据步骤B中得到的各个微观组织区域心的平行于焊缝方向的零 声时偏差值A T'Pl，按照以下公式，求得修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平行 于焊缝方向的零声时偏差值A ΤΡη;
[01 1 2] Δ Τρη = λ?η Δ τ，Ρ1+λ2η Δ τ 'P2^-----Ι~λ?η Δ Τ ' Pi 〇
[0113] 本实施例中所述步骤C4的具体做法是:在对测量区域η进行垂直于焊缝方向的超 声波残余应力测试时，通过微观组织检测确定在测量区域η的超声波探测范围中各微观组 织区域心所占的比例μ ιη，根据步骤Β中得到的各个微观组织区域心的垂直于焊缝方向的零 声时偏差值A T'Vl，按照以下公式，求得修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的垂直 于焊缝方向的零声时偏差值A TVn;
[0114] Δ Τνη = μLηΔ Τ，ν?+μ2ηΔ T，V2+."+yinA T'Vio
[0115] 本实施例中所述微观组织检测包括硬度试验检测，金相观察，XRD等材料微观组织 观察方法。
[0116] 以焊接试样7N01铝合金为例，该类铝合金属于Al-Zn-Mg铝合金，乳制板材，填充材 料为ER5356,板厚为8mm，焊接过程分为打底焊和盖面焊，具体操作如下：
[0117] 首先，对焊接试样的焊接部位的余高进行打磨去除，表面粗糙度符合相关标准。
[0118] 按照步骤A焊接部位进行微观组织区域划分。按照步骤B11-B15确定焊接部位上各 个微观组织区域心的平行于焊缝方向的应力系数K' Pld$照步骤B21-B25确定焊接部位上各 个微观组织区域心的垂直于焊缝方向的应力系数K'Vl。
[0119] 在此步骤中，步骤B12和B22中进行残余应力测试的超声波测量系统的预设应力系 数为Ks = 4。
[0120] 在步骤B12中拉伸机施加力的具体操作是:将拉伸机的夹持端夹持在所述平行测 试试样％长度方向的两端，控制拉伸试验机使得平行测试试样％内的应力为零，以此为零应 力参考信号，然后通过拉伸机对平行测试试样W施加沿所述平行测试试样W长度方向的不 同梯度的载荷(每次增加2KN的拉力）。
[0121] 在步骤B22中拉伸机施加力的具体操作是:将拉伸机的夹持端夹持在所述垂向测 试试样N长度方向的两端，控制拉伸试验机使得垂向测试试样N内的应力为零，以此为零应 力参考信号，然后通过拉伸机施加沿所述垂向测试试样N长度方向的不同梯度的载荷(每次 增加2KN的拉力）。
[0122] 按照步骤C计算修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平行于焊缝方向的 应力系数ΚΡη、垂直于焊缝方向的应力系数K Vn。
[0123] 如图1示出，实测值表示步骤B14得到的各个平行测试试样吣超声波探测范围的平 行于焊缝方向的应力系数Kpb修正值曲线是由步骤C1求得的修正了微观组织差异影响的所 述测量区域η的平行于焊缝方向的应力系数&"得到的。
[0124] 如图2所示，实测值表示步骤Β24得到的各个测量点dk对应的超声波探测范围的垂 直于焊缝方向的应力系数K Vk，修正值曲线是由步骤C2求得的修正了微观组织差异影响的所 述测量区域η的垂直于焊缝方向的应力系数心"得到的。
[0125] 按照步骤Β31-Β34确定焊接部位上各个微观组织区域心的平行于焊缝方向的零声 时偏差值AT'Plj$照步骤B41-B44确定焊接部位上各个微观组织区域心的垂直于焊缝方向 的零声时偏差值A Τ'Vi。
[0126] 在步骤M2中，在焊接部位的焊缝区域和母材区域上连续取G个长度垂直于焊缝， 宽度等于超声波探头宽度Y的垂向测试试样^，所取的垂向测试试样％的中心点分别距离焊 缝中心〇臟、5mm、15mm、25mm、35mm、45mm、55mm 〇
[0127] 按照步骤C计算平行于焊缝方向的零声时偏差值△ TPn和垂直于焊缝方向的零声时 偏差值ATVn。
[0128] 如图3所示，实测值表示步骤Β33得到的各个平行测试试样Uh的零声时偏差值Δ TPh;修正值曲线是由步骤C3求得的修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平行于焊 缝方向的零声时偏差值△ !>"得到的。
[0129] 如图4所示，实测值表示步骤M3得到的各个垂向测试试样~的零声时偏差值Δ Tvg;修正值曲线是由步骤C4求得的修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的垂直于焊 缝方向的零声时偏差值△ !>"得到的。
[0130] 图5示出，不用本发明的误差修正方法测得的平行于焊缝方向的超声波残余应力 测量值(图中标为超声波法修正前)和盲孔法测得的残余应力测量值(图中标为盲孔法）。
[0131] 图6示出，用本发明的误差修正方法测得的平行于焊缝方向的超声波残余应力修 正值(图中标为超声波法)和盲孔法测得的残余应力测量值(图中标为盲孔法）。
[0132] 从图5和图6可以看出，平行于焊缝方向的超声波残余应力测量结果经过本发明方 法修正以后，更接近盲孔法测量得到的结果，特别在距焊缝中心近的微观组织变化明显的 区域，修正效果明显。
[0133] 图7示出，不用本发明的误差修正方法测得的垂直于焊缝方向焊的超声波残余应 力测量值(图中标为超声波法修正前)和盲孔法测得的残余应力测量值(图中标为盲孔法）。
[0134] 图8示出，用本发明的误差修正方法测得的垂直于焊缝方向的超声波残余应力修 正值(图中标为超声波法)和盲孔法测得的残余应力测量值(图中标为盲孔法）。
[0135] 从图7和图8可以看出，垂直于焊缝方向的超声波残余应力测量结果经过本发明方 法修正以后，更接近盲孔法测量得到的结果，特别在距焊缝中心近的微观组织变化明显的 区域，修正效果明显。
【主权项】
1. 一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法，包括以下步骤： A、 对焊接部位进行微观组织检测，将焊接部位按微观组织不同分成I个微观组织区域 Ri，其中i为微观组织区域Ri的编号，i = 1，2，3··· I; B、 确定焊接部位上各个微观组织区域心的平行于焊缝方向的应力系数K'Pl和垂直于焊 缝方向的应力系数K' Vl;确定焊接部位上各个微观组织区域R1的平行于焊缝方向的零声时 偏差值Δ T ' Pi和垂直于焊缝方向的零声时偏差值Δ T ' Vi; C、 计算修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平行于焊缝方向的应力系数KPn、 垂直于焊缝方向的应力系数K Vn;平行于焊缝方向的零声时偏差值ΔΤΡη和垂直于焊缝方向 的零声时偏差值ATvn: Cl、在对焊接部位上任一测量区域η进行平行于焊缝方向的超声波残余应力测试时，根 据测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心所占的比例λιη和步骤B中得到的不同 微观组织区域心的平行于焊缝方向的应力系数K' Pl，求得修正了微观组织差异影响的所述 测量区域η的平行于焊缝方向的应力系数Kpn; C2、在对焊接部位上任一测量区域η进行垂直于焊缝方向的超声波残余应力测试时，根 据测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心所占的比例和步骤B中得到的不同 微观组织区域心的垂直于焊缝方向的应力系数K' Vl，求得修正了微观组织差异影响的所述 测量区域η的垂直于焊缝方向的应力系数Kvn; C3、在对焊接部位上任一测量区域η进行平行于焊缝方向的超声波残余应力测试时，根 据测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心所占的比例λιη和步骤B中得到的各个 微观组织区域R 1的平行于焊缝方向的零声时偏差值A T'Pl，求得修正了微观组织差异影响 的所述测量区域η的平行于焊缝方向的零声时偏差值△ ΤΡη; C4、在对焊接部位上任一测量区域η进行垂直于焊缝方向的超声波残余应力测试时，根 据测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心所占的比例μιη和步骤B中得到的各个 微观组织区域R 1的垂直于焊缝方向的零声时偏差值A T'Vl，求得修正了微观组织差异影响 的所述测量区域η的垂直于焊缝方向的零声时偏差值△ Tvn; D、 根据步骤C得到的修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平行于焊缝方向的 应力系数Kpn和零声时偏差值Δ ΤΡη，基于公式：Δ σΡη = ΚΡη( Δ t+ Δ Tpn)，计算修正了微观组织 差异所造成的误差的所述测量区域η的平行于焊缝方向的焊接残余应力值△ σΡη; 根据步骤C得到的修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的垂直于焊缝方向的应 力应力系数Kvn和零声时偏差值Δ TVn，基于公式：Δ σνη = Κνη( Δ t+ Δ Tvn)，计算修正了微观组 织差异所造成的误差的所述测量区域η的垂直于焊缝方向的焊接残余应力值△ σνη。2. 根据权利要求1所述的一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法， 其特征在于:所述步骤B确定焊接部位上各个微观组织区域R 1的平行于焊缝方向的应力系 数K'Pl的具体做法是： Β11、在焊接部位的焊缝区域和母材区域上连续取J个长度平行于焊缝，宽度为超声波 探头宽度的平行测试试样Mp其中，j为平行测试试样的试样编号，j = l，2,3…J;所述平行 测试试样A的长度等于超声波接收探头长度、超声波发射探头长度、超声波传播有效距离 以及所述步骤B12中拉伸机夹持端之和，且所取的平行测试试样个数J大于微观组织区域 Ri的数量I; B12、在每个平行测试试样的中心位置上沿所述平行测试试样长度方向安放超声波 接收探头和超声波发射探头，并通过微观组织检测确定在每个平行测试试样W的超声波探 测范围中各个微观组织区域R1所占的比例，记作a lj;将拉伸机的夹持端夹持在所述平行测 试试样长度方向的两端，通过拉伸机对平行测试试样施加沿所述平行测试试样长度 方向的不同梯度的载荷;在各个应力状态下，分别对平行测试试样A进行沿所述平行测试 试样吣长度方向的超声波残余应力测试，记录每个应力状态下超声波测量系统所测出的各 个平行测试试样％的残余应力值和拉伸机提供的实际载荷值； B13、步骤B12中进行残余应力测试的超声波测量系统的预设应力系数为1，以声弹性公 式为基础，通过步骤B12中得到的每个应力状态下超声波测量系统所测出的平行测试试样 Mj的残余应力值，计算出每个应力状态下各个平行测试试样吣的实际超声波声时差;根据步 骤B12记录的拉伸机提供的实际载荷值和平行测试试样的横截面积，得到实际作用在平 行测试试样M j上应力值； B14、根据步骤B13得到的每个应力状态下平行测试试样的实际超声波声时差和实际 作用在平行测试试样W上应力值的对应关系，利用声弹性公式，通过最小二乘法线性拟合， 得到各个平行测试试样吣超声波探测范围的平行于焊缝方向的应力系数Kp j ; B15、基于以下公式，计算各个微观组织区域心的平行于焊缝方向的应力系数K'Pl:3.根据权利要求1所述的一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法， 其特征在于:所述步骤B确定焊接部位上各个微观组织区域R1的垂直于焊缝方向的应力系 数K'Vl的具体做法是： B21、以焊缝中心线为对称轴，垂直于焊缝取一个垂向测试试样N，所述垂向测试试样N 的长度方向包括焊缝区域，热影响区域和母材区域，所述垂向测试试样N的宽度大于或等于 超声波接收探头长度、超声波发射探头长度和超声波传播有效距离之和;在垂向测试试样N 上根据离焊缝中心线不同的距离布置K个测量点dk，其中，k为测量点dk的编号，k=l，2,3··· K，且所布置的测量点dk个数K大于微观组织区域R1的数量I; B22、在垂向测试试样N上沿所述垂向测试试样N长度方向依次安放超声波探头，使超声 探头中心分别对准各个测量点dk，并通过微观组织检测确定垂向测试试样N上每个测量点dk 对应的超声波探测范围中各个微观组织区域心所占的比例，记作alk;将拉伸机的夹持端夹 持在所述垂向测试试样N长度方向的两端，施加沿所述垂向测试试样N长度方向的不同梯度 的载荷;在各个应力状态下，分别对各个测量点d k进行沿所述垂向测试试样N长度方向的超 声波残余应力测试，记录每个应力状态下，超声波测量系统所测出的垂向测试试样N上各个 测量点d k的残余应力值和拉伸机提供的实际载荷值； B23、步骤B22中进行残余应力测试的超声波测量系统的预设应力系数为1，以声弹性公 式为基础，通过步骤B22得到的每个应力状态下超声波测量系统所测出的垂向测试试样N上 各个测量点dk的残余应力值，计算出每个应力状态下垂向测试试样N上各个测量点dk的实际 超声波声时差;根据步骤B22记录的拉伸机提供的实际载荷值和垂向测试试样N的横截面 积，得到实际作用在垂向测试试样N上的应力值； B24、根据步骤B23得到的每个应力状态下垂向测试试样N上各个测量点dk的实际超声波 声时差和实际作用在垂向测试试样N上应力值的对应关系，利用声弹性公式，通过最小二乘 法线性拟合得到垂向测试试样N上各个测量点d k对应的超声波探测范围的垂直于焊缝方向 的应力系数Kvk; B25、基于以下公式，计算各个微观组织区域R1垂直于焊缝方向的应力系数K'Vl:4.根据权利要求1所述的一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法， 其特征在于:所述步骤B确定焊接部位上各个微观组织区域R1的平行于焊缝方向的零声时 偏差值ΔΤ' Ρι的具体做法是： Β31、确定母材零应力状态传播时间 取与所述待测焊接试样材料厚度相同的未焊接的母材试板，进行超声波残余应力测 定，记录超声波在所述母材试板的传播时间，将超声波在沿所述母材试板乳制方向的传播 时间记为沿乳制方向的母材零应力状态传播时间t PQ;将超声波在垂直于所述母材试板乳制 方向的传播时间记为垂直于乳制方向的母材零应力状态传播时间tvo ; B32、在焊接部位的焊缝区域和母材区域上连续取H个长度平行于焊缝，宽度为超声波 探头宽度的平行测试试样Uh，其中，h为平行测试试样Uh的试样编号，?! = 1，2,3···Η;所述平行 测试试样Uh的长度等于超声波接收探头长度、超声波发射探头长度和超声波传播有效距离 之和，且所取的平行测试试样U h个数H大于微观组织区域R1的数量I; B33、在每个平行测试试样Uh的中心位置上沿所述平行测试试样Uh长度方向安放超声波 探头，并通过微观组织检测确定在每个平行测试试样Uh的超声波探测范围中各个微观组织 区域R1所占的比例，记作b lh;对每个平行测试试样Uh进行沿所述平行测试试样Uh的长度方向 的超声波残余应力测试，并将超声波在所述平行测试试样Uh的超声波探测范围的传播时间 记为平行测试试样U h的零应力状态传播时间thQ;用平行测试试样Uh的零应力状态传播时间 th0减去沿乳制方向的母材零应力状态传播时间tPQ，即得各个平行测试试样Uh的零声时偏差 值 Δ Tph，Δ Tph= th〇-tp〇; B34、基于以下公式，计算各个不同微观组织区域心的平行于焊缝方向的零声时偏差值 AT，pi:5. 根据权利要求1所述的一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法， 其特征在于:所述步骤B确定焊接部位上各个微观组织区域R 1的垂直于焊缝方向的零声时 偏差值ΔΤ'νι的具体做法是： Β41、确定母材零应力状态传播时间 取与所述待测焊接试样材料厚度相同的未焊接的母材试板，进行超声波残余应力测 定，并记录超声波在所述母材试板的传播时间，将超声波在沿所述母材试板乳制方向的传 播时间记为沿乳制方向的母材零应力状态传播时间t PQ;将超声波在垂直于所述母材试板的 乳制方向的传播时间记为垂直于乳制方向的母材零应力状态传播时间tvo; B42、在焊接部位的焊缝区域和母材区域上连续取G个长度垂直于焊缝，宽度等于超声 波探头宽度Y的垂向测试试样％，其中，g为垂向测试试样~的试样编号，g=l，2,3…G;所述 垂向测试试样Wg的长度等于超声波接收探头长度、超声波发射探头长度和超声波传播有效 距离之和;且所取的垂向测试试样^个数G大于微观组织区域R 1的数量I; B43、在每个垂向测试试样Wg的中心位置上沿所述垂向测试试样Wg长度方向安放超声波 探头，并通过微观组织检测确定在每个垂向测试试样Wg的超声波探测范围中各个微观组织 区域R1所占的比例，记作b lg;对每个垂向测试试样Wg进行沿所述垂向测试试样Wg的长度方向 的超声波残余应力测试，并将超声波在所述垂向测试试样％的超声波探测范围的传播时间 记为垂向测试试样W g的零应力状态传播时间4〇;用垂向测试试样％的零应力状态传播时间 tg〇减去垂直于乳制方向的母材零应力状态传播时间t?，即得各个垂向测试试样^的零声时 偏差值 ATvg，ATvg = tg〇_tvo; B44、基于以下公式，计算各个不同微观组织区域心的垂直于焊缝方向的零声时偏差值 Δ T ' Vi:6. 根据权利要求1所述的一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法， 其特征在于:所述步骤Cl的具体做法是:在对测量区域η进行平行于焊缝方向的超声波残余 应力测试时，通过微观组织检测确定在测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心 所占的比例λ ιη，根据步骤B中得到的不同微观组织区域心的平行于焊缝方向的应力系数K 'Pl，按照以下公式，求得修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平行于焊缝方向的应 力系数Kp n:7. 根据权利要求1所述的一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法， 其特征在于:所述步骤C2的具体做法是:在对测量区域η进行垂直于焊缝方向的超声波残余 应力测试时，通过微观组织检测确定在测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心 所占的比例μ ιη，根据步骤B中得到的不同微观组织区域心的垂直于焊缝方向的应力系数K 'η，按照以下公式，求得修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的垂直于焊缝方向的应 力系数Kvn :8. 根据权利要求1所述的一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法， 其特征在于:所述步骤C3的具体做法是:在对测量区域η进行平行于焊缝方向的超声波残余 应力测试时，通过微观组织检测确定在测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心 所占的比例λ ιη，根据步骤B中得到的各个微观组织区域R1的平行于焊缝方向的零声时偏差 值A T'Pl，按照以下公式，求得修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的平行于焊缝方 向的零声时偏差值ΑΤ Ρη; Δ Τρη = λ?ηΔ Τ'Ρ1+λ2ηΔ Τ'Ρ2+···+λ?ηΔ ?'ρ?〇9. 根据权利要求1所述的一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测量方法， 其特征在于:所述步骤C4的具体做法是:在对测量区域η进行垂直于焊缝方向的超声波残余 应力测试时，通过微观组织检测确定在测量区域η的超声波探测范围中各微观组织区域心 所占的比例μ ιη，根据步骤B中得到的各个微观组织区域R1的垂直于焊缝方向的零声时偏差 值A T'Vl，按照以下公式，求得修正了微观组织差异影响的所述测量区域η的垂直于焊缝方 向的零声时偏差值ATv n; Δ Tvn = Uln Δ Τ'ν?+μ2ηΔ Τ'ν2+···+μLηΔ Τ'Vio10. 根据权利要求1-9任一所述的一种可修正微观组织差异影响的超声波残余应力测 量方法，其特征在于:所述微观组织检测包括硬度试验检测，金相观察，XRD检测。
【文档编号】G01L5/00GK106017763SQ201610343184
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月20日
【发明人】陈辉, 徐力栋, 苟国庆, 朱其猛, 刘艳
【申请人】西南交通大学, 陈辉