專利名稱：：一種用于無損檢測靈敏度試驗的表面裂紋試樣制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于無損檢測技術(shù)，涉及一種用于無損檢測靈敏度試驗的表面裂紋試樣制作方法。
背景技術(shù)：
：無損檢測作為工件缺陷檢測的有效手段，以其非破壞性、方便快捷等特點在現(xiàn)代工業(yè)中具有重要地位。在無損檢測過程中，檢測靈敏度合適與否是缺陷檢出的關(guān)鍵之一。確定檢測靈敏度參數(shù)時，采用理論方法通常難以確保結(jié)果可靠，一般需要采用缺陷試樣進(jìn)行檢測試驗來進(jìn)一步調(diào)整和驗證靈敏度參數(shù)。理想的缺陷試樣應(yīng)是具有臨界尺寸自然缺陷的試樣，然而自然缺陷的形成具有較大偶然性，獲得該類試樣既需要長期積累又需要機(jī)緣巧合，這在實驗室研究階段往往不夠現(xiàn)實。傳統(tǒng)可采用刻槽法、鉆孔法等在試樣上制作人工缺陷，但上述人工缺陷其尺寸或形狀與自然缺陷差異較大，難以真正代表自然缺陷，通常只能用作試驗參考或者當(dāng)量比較，無法真實反映對自然缺陷的檢測能力。其它手段如采用熱處理開裂法，在材料中人為添加夾雜物等方法，雖可獲得一些自然缺陷，但其實施過程難度大，偶然性因素多，形成的缺陷尺寸、形狀、走向、位置也難以按照試驗需要進(jìn)行控制。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提出一種克服傳統(tǒng)缺陷試樣制作方法中缺陷尺寸、形狀無法真正代表自然缺陷或制作過程不易控制的不足的一種用于無損檢測靈敏度試驗的表面裂紋試樣制作方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，試樣制作方法采用以下的步驟(—)、選取與待檢工件材質(zhì)相同、厚度不小于裂紋試樣試驗面的寬度的金屬板塊，在金屬板塊一側(cè)邊緣的中心上加工尖銳缺口，并在尖銳缺口以外的金屬板塊上根據(jù)所需裂紋試樣的形狀及尺寸留出足夠的面積；(二)、在軸向加載疲勞試驗機(jī)上，垂直于尖銳缺口延伸方向?qū)θ笨趦蓚?cè)施加可使缺口擴(kuò)張的拉-拉應(yīng)力周期性疲勞載荷F、F'，使缺口根部出現(xiàn)貫穿整個金屬板厚度的開裂，預(yù)制出深34mm的疲勞裂紋；(三)、借助磁粉檢測或滲透檢測方法確定裂紋根部位置；(四)、用線切割機(jī)在尖銳缺口以外部分的金屬板塊上按照試驗所需形狀、尺寸切取裂紋試樣，線切割機(jī)的鉬絲與金屬板塊的板面垂直，根據(jù)裂紋根部的位置，確定線切割機(jī)在金屬板塊上切割軌跡，使線切割面與裂紋面相交于一線；(五)、對所切取出的裂紋試樣帶有裂紋的側(cè)面進(jìn)行打磨，根據(jù)試驗所需裂紋深度調(diào)整切取出的裂紋試樣的裂紋深度，至滿足試驗要求；(六)、將所切取出的試樣的帶有裂紋的側(cè)面作為試驗面，供表面裂紋無損檢測靈敏度的試驗。本發(fā)明具有的優(yōu)點和有益效果是1、本發(fā)明是在力學(xué)性能測試領(lǐng)域所采用的疲勞裂紋預(yù)制方法及試樣加工方法基礎(chǔ)上，按照無損檢測領(lǐng)域相關(guān)要求進(jìn)行調(diào)整，使制作出的試樣可很好應(yīng)用于無損檢測靈敏度試驗，尤其能應(yīng)用于磁粉檢測中周向磁化檢測試驗。2、缺陷制作方式簡便，缺陷對于自然缺陷可代表性強(qiáng)。本發(fā)明采用疲勞加載方式制作裂紋缺陷，疲勞加載設(shè)備在工業(yè)試驗領(lǐng)域較為常見，且操作簡便；所制作疲勞裂紋缺陷尺寸小，且屬典型裂紋缺陷，因此對于自然裂紋缺陷具有很好的代表性。3、制作過程易于控制。在裂紋制作過程中，有多種控制手段可供采用疲勞裂紋預(yù)制階段，可借助磁粉檢測或滲透檢測等手段監(jiān)測所預(yù)制裂紋深度。在對試樣上裂紋深度進(jìn)行打磨調(diào)整過程中，可借助掃描電鏡等方法觀測裂紋深度，以確定是否需要繼續(xù)打磨，也可根據(jù)裂紋缺陷對于檢測方法的響應(yīng)情況來確定是否需要繼續(xù)打磨。4、試樣尺寸、形狀可定制，裂紋缺陷的走向、位置符合多數(shù)試驗要求。本發(fā)明利用線切割加工方式制作試樣，可根據(jù)試驗需要靈活制作不同尺寸、形狀試樣；裂紋缺陷在試樣上的走向、位置可滿足磁粉檢測周向磁化、縱向磁化檢測試驗的需要，也可推廣應(yīng)用于超聲、渦流、滲透三個無損檢測專業(yè)中表面裂紋檢測靈敏度的試驗研究。本發(fā)明能成功獲得具有自然裂紋大小缺陷的試樣，試樣的尺寸、形狀和裂紋缺陷的走向、位置能符合多數(shù)試驗要求，制作過程簡便、容易控制，對于實驗室內(nèi)開展工件表面裂紋檢測的試驗研究具有實用價值。其特別適用于磁粉檢測中周向磁化檢測靈敏度的調(diào)整和試驗驗證，也可推廣應(yīng)用于超聲、渦流、滲透三個無損檢測專業(yè)中表面裂紋檢測靈敏度的試驗研究。圖1是本發(fā)明實施例一表面帶裂紋試樣制作方法圖解示意圖；圖2是本發(fā)明實施例二表面帶裂紋試樣制作方法圖解示意圖。具體實施例方式試樣制作方法采用以下的步驟(—)、選取與待檢工件材質(zhì)相同、厚度不小于裂紋試樣試驗面的寬度的金屬板塊，在金屬板塊一側(cè)邊緣的中心上加工尖銳缺口l，并在尖銳缺口1以外的金屬板塊上根據(jù)所需裂紋試樣的形狀及尺寸留出足夠的面積；(二)、在軸向加載疲勞試驗機(jī)上，垂直于尖銳缺口1延伸方向?qū)θ笨趦蓚?cè)施加可使缺口擴(kuò)張的拉-拉應(yīng)力周期性疲勞載荷F、F'，使缺口根部出現(xiàn)貫穿整個金屬板厚度的開裂，預(yù)制出深34mm的疲勞裂紋；(三)、借助磁粉檢測或滲透檢測方法確定裂紋根部位置；(四)、用線切割機(jī)在尖銳缺口1以外部分的金屬板塊上按照試驗所需形狀、尺寸切取裂紋試樣，線切割機(jī)的鉬絲與金屬板塊的板面垂直，根據(jù)裂紋根部的位置，確定線切割機(jī)在金屬板塊上切割軌跡，使線切割面3與裂紋面2相交于一線4;(五)、對所切取出的裂紋試樣帶有裂紋5的側(cè)面6進(jìn)行打磨，根據(jù)試驗所需裂紋深度調(diào)整切取出的裂紋試樣的裂紋5深度，至滿足試驗要求；(六)、將所切取出的試樣的帶有裂紋5的側(cè)面6作為試驗面，供表面裂紋無損檢測靈敏度的試驗。在導(dǎo)致工件失效的裂紋類缺陷當(dāng)中，疲勞裂紋由于尺寸小且破壞力頗大，因此對于自然裂紋缺陷具有很好的代表性。同時，在常見的疲勞加載設(shè)備上，如能采用特殊方法和步驟，應(yīng)可獲得其尺寸、形狀、走向、位置均滿足無損檢測靈敏度試驗要求的疲勞裂紋缺陷。根據(jù)以上分析，本發(fā)明結(jié)合現(xiàn)有力學(xué)性能分析用疲勞加載試驗機(jī)的相關(guān)特點，并在常規(guī)力學(xué)性能測試方法基礎(chǔ)上加以調(diào)整，制定出以下技術(shù)解決方案制作試樣采用與待檢工件相同材質(zhì)的金屬板塊，金屬板塊的厚度將對應(yīng)于裂紋試樣試驗面的寬度，其大小應(yīng)以滿足試驗要求為準(zhǔn)。在金屬板塊上加工開口于其邊緣的尖銳缺口，缺口所在區(qū)域以外的金屬板塊應(yīng)根據(jù)所需裂紋試樣的外形尺寸(對于環(huán)形試樣，即指其外圓輪廓所圍成區(qū)域的大小；對于方形試樣，即指試樣的高度和試驗面的長度所圍成區(qū)域的大?。粚τ谄渌螤钤嚇拥览硐嗤?留出足夠面積。在軸向加載疲勞試驗機(jī)上，垂直于缺口延伸方向，對缺口兩側(cè)施加可使缺口擴(kuò)張的拉_拉應(yīng)力周期性疲勞載荷，使缺口根部出現(xiàn)貫穿整個金屬板厚度的開裂，預(yù)制出一定深度疲勞裂紋。為方便進(jìn)一步制作試樣，缺口根部所預(yù)制疲勞裂紋的深度應(yīng)足夠大，一般達(dá)到34mm即可。缺口根部所預(yù)制疲勞裂紋的深度可在缺口根部附近的金屬板塊板面上，借助磁粉檢測或滲透檢測等手段大致觀測。待金屬板塊缺口根部預(yù)制出疲勞裂紋后，可用線切割在缺口以外部分的金屬板塊上按照試驗所需形狀(如環(huán)形、方形等)、尺寸切取試樣。用線切割切取試樣時，線切割面與預(yù)制的裂紋面相交于一線4，從而在所切取試樣的側(cè)面保留一定深度的裂紋；鉬絲應(yīng)與金屬板塊的板面相垂直，以確保在所切取試樣的側(cè)面留出深度均勻的裂紋，同時也可保證裂紋走向合適(對于環(huán)形試樣，即可保證其外圓表面的裂紋的走向與環(huán)形試樣圓周方向相垂直；對于方形試樣，即可使其表面裂紋的走向與其長度方向相垂直。以磁粉檢測為例，以上環(huán)形、方形試樣將依次分別符合周向磁化、縱向磁化檢測試驗的理想要求)。所切取試樣的側(cè)面即裂紋所在面具有足夠的寬度和面積，對其進(jìn)行打磨，以對裂紋深度進(jìn)行調(diào)整后可作為試驗面，供表面裂紋無損檢測靈敏度的試驗研究。在對試樣上裂紋所在面進(jìn)行打磨，以調(diào)整其裂紋深度的過程中，可借助掃描電鏡等方法，通過觀察裂紋的橫斷面來確定裂紋深度是否合適，也可根據(jù)裂紋缺陷對于檢測方法的響應(yīng)情況來確定裂紋深度是否合適。實施例一為某鋼種確定磁粉檢測周向磁化規(guī)范，目標(biāo)是要檢出該鋼種表面上深度為0.lmm的疲勞裂紋。對該鋼種進(jìn)行周向磁化檢測試驗，以確定其周向磁化規(guī)范。周向磁化檢測試驗要求試樣上帶有垂直于其圓周方向的表面裂紋缺陷。選取與該鋼種材質(zhì)相同，長、寬均為100mm，厚度為20mm的方形金屬板塊，在金屬板塊一側(cè)邊緣的中心上加工尖銳缺口。尖銳缺口開口深度為40mm，最小開口寬度為0.12mm，在缺口下方的金屬板塊上留出100mmX60mm的面積。在軸向加載疲勞試驗機(jī)上對缺口兩側(cè)施加載荷，使缺口根部出現(xiàn)貫穿整個金屬板厚度的開裂，預(yù)制出深度約3mm的疲勞裂紋。借助磁粉檢測或滲透檢測方法確定裂紋根部位置，然后用線切割機(jī)在尖銳缺口下方切取外徑為55mm，內(nèi)徑為14mm，寬為20mm的一個環(huán)形試樣，線切割機(jī)的鉬絲與金屬板塊的板面垂直，切取環(huán)形試樣外圓的線切割軌跡根據(jù)裂紋根部位置與裂紋面相交于一線，在環(huán)形試樣外圓表面保留深度約lmm裂紋，該裂紋方向與試樣圓周方向垂直。對所切取出的環(huán)形試樣帶有裂紋的側(cè)面進(jìn)行打磨，其間借助掃描電鏡監(jiān)測裂紋深度，最終調(diào)整切取出的環(huán)形試樣的裂紋深度至0.lmm，以滿足試驗要求。將所切取出的環(huán)形試樣的帶有裂紋的側(cè)面作為試驗面，進(jìn)行磁粉檢測周向磁化檢測靈敏度的試驗，結(jié)果如表1所示。根據(jù)試驗結(jié)果，確定該鋼種磁粉檢測周向磁化規(guī)范為I=15D20D(I為電流，I單位為安培，D為被檢工件外徑，D單位為毫米)，以確保裂紋缺陷能夠檢出。表1環(huán)形試樣周向磁化檢測靈敏度試驗結(jié)果電流裂紋能否檢出I=5D不能I=10D能，但顯示不清晰I=15D能，顯示較清晰I=20D能，顯示十分清晰注表1中I為電流，I單位為安培；D為試樣外徑，D單位為毫米。實施例二通過試驗確定某鋼種在磁粉檢測縱向磁化時可檢測出的最小裂紋深度尺寸。開展縱向磁化檢測試驗。縱向磁化檢測試驗要求試樣上帶有垂直于其長度方向的表面裂紋缺陷。選取與該鋼種材質(zhì)相同，長、寬均為70mm，厚度為15mm的方形金屬板塊，在金屬板塊一側(cè)邊緣的中心上加工尖銳缺口。尖銳缺口開口深度為50mm，最小開口寬度為0.12mm，在缺口下方的金屬板塊上留出70mmX20mm的面積。在軸向加載疲勞試驗機(jī)上對缺口兩側(cè)施加載荷，使缺口根部出現(xiàn)貫穿整個金屬板厚度的開裂，預(yù)制出深度約3mm的疲勞裂紋。借助磁粉檢測或滲透檢測方法確定裂紋根部位置，然后用線切割機(jī)在尖銳缺口下方切取長為70mm，寬為15mm，高為18mm的一個方形試樣，線切割機(jī)的鉬絲與金屬板塊的板面垂直，切取方形試樣的線切割軌跡位于裂紋根部上方，與裂紋面相交于一線，在方形試樣寬度方向的外表面保留深度小于lmm裂紋，該裂紋方向與方形試樣長度方向垂直。對所切取出的方形試樣帶有裂紋的側(cè)面進(jìn)行磨光，然后作為試驗面，進(jìn)行磁粉檢測縱向磁化檢測試驗，并記錄檢測結(jié)果。此后，對方形試樣的試驗面打磨0.01毫米，進(jìn)行第二次檢測，然后再打磨0.01毫米，進(jìn)行第三次檢測……，如此循環(huán)往復(fù)，直至方形試樣上的裂紋不能被檢測出。待方形試樣上的裂紋不能被檢測出時，用掃描電鏡測得此時方形試樣上裂紋的殘余深度為0.025毫米，將之與最近一次打磨深度0.01毫米相加，可得所試驗鋼種在磁粉檢測縱向磁化時可檢測出的最小裂紋深度尺寸為0.035毫米。表2給出方形試樣縱向磁化檢測靈敏度的試驗結(jié)果。表2方形試樣縱向磁化檢測靈敏度試驗結(jié)果<table>tableseeoriginaldocumentpage7</column></row><table>注表2中每一次打磨深度均為0.01毫米；第五次檢測后用掃描電鏡測得方形試樣上裂紋的殘余深度為0.025毫米。權(quán)利要求一種用于無損檢測靈敏度試驗的表面裂紋試樣制作方法，其特征在于，試樣制作方法采用以下的步驟(一)、選取與待檢工件材質(zhì)相同、厚度不小于裂紋試樣試驗面的寬度的金屬板塊，在金屬板塊一側(cè)邊緣的中心上加工尖銳缺口(1)，并在尖銳缺口(1)以外的金屬板塊上根據(jù)所需裂紋試樣的形狀及尺寸留出足夠的面積；(二)、在軸向加載疲勞試驗機(jī)上，垂直于尖銳缺口(1)延伸方向?qū)θ笨趦蓚?cè)施加可使缺口擴(kuò)張的拉-拉應(yīng)力周期性疲勞載荷(F、F′)，使缺口根部出現(xiàn)貫穿整個金屬板厚度的開裂，預(yù)制出深3～4mm的疲勞裂紋；(三)、借助磁粉檢測或滲透檢測方法確定裂紋根部位置；(四)、用線切割機(jī)在尖銳缺口(1)以外部分的金屬板塊上按照試驗所需形狀、尺寸切取裂紋試樣，線切割機(jī)的鉬絲與金屬板塊的板面垂直，根據(jù)裂紋根部的位置，確定線切割機(jī)在金屬板塊上切割軌跡，使線切割面(3)與裂紋面(2)相交于一線(4)；(五)、對所切取出的裂紋試樣帶有裂紋(5)的側(cè)面(6)進(jìn)行打磨，根據(jù)試驗所需裂紋深度調(diào)整切取出的裂紋試樣的裂紋(5)深度，至滿足試驗要求；(六)、將所切取出的試樣的帶有裂紋(5)的側(cè)面(6)作為試驗面，供表面裂紋無損檢測靈敏度的試驗。全文摘要本發(fā)明屬于無損檢測技術(shù)，涉及一種用于無損檢測靈敏度試驗的表面裂紋試樣制作方法。本發(fā)明采用疲勞加載方式制作裂紋缺陷，且操作簡便；所制作疲勞裂紋缺陷尺寸小，且屬典型裂紋缺陷，因此對于自然裂紋缺陷具有很好的代表性。本發(fā)明能成功獲得具有自然裂紋大小缺陷的試樣，試樣的尺寸、形狀和裂紋缺陷的走向、位置能符合多數(shù)試驗要求，制作過程容易控制，其特別適用于磁粉檢測中周向磁化檢測靈敏度的調(diào)整和試驗驗證，也可推廣應(yīng)用于超聲、渦流、滲透三個無損檢測專業(yè)中表面裂紋檢測靈敏度的試驗研究。文檔編號G01N1/28GK101710040SQ200910250738公開日2010年5月19日申請日期2009年12月10日優(yōu)先權(quán)日2009年12月10日發(fā)明者任學(xué)冬,史亦韋,王東升,王樹志申請人:中國航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院