一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法，步驟如下：首先對焊接部位按微觀組織不同進行分區(qū)，確定各個微觀組織區(qū)域的平行于焊縫和垂直于焊縫方向的應力系數(shù)和零聲時偏差值。然后，根據(jù)焊接部位任一測量區(qū)域的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域所占的比例，求得所述修正了微觀組織差異影響的測量區(qū)域兩個方向上應力系數(shù)和零聲時偏差值，通過本發(fā)明中的公式求解獲得各個微觀組織的應力系數(shù)和零聲時偏差值，進而得到整個焊接接頭區(qū)域微觀組織過渡區(qū)應力系數(shù)和零聲時偏差值的分布曲線，兩者結合修正微觀組織差異所造成的所述測量區(qū)域殘余應力值誤差。該方法可顯著地提高了超聲波殘余應力測量精度。
【專利說明】
一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法
技術領域
[0001] 本發(fā)明涉及一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法，屬于殘余 應力測量領域。
【背景技術】
[0002] 隨著中國高速列車軌道交通的飛速發(fā)展，焊接作為軌道交通中的一項關鍵技術， 焊接質量在一定程度也決定高速列車車輛的質量，焊接殘余應力水平是評價焊接質量的重 要標準，因為焊接殘余應力產生的破壞是焊接接頭破壞的主要原因，因此對焊接殘余應力 水平的快速、高效、無損監(jiān)測、評定工業(yè)意義巨大。
[0003] 目前測量焊接接頭殘余應力的方法主要分為有損和無損兩種方法，其中有損方法 主要包括盲孔法、切條法，有損方法測量準確度高但對測試構件產生了不可逆的破壞，而這 對很多商品化的產品是不允許的。無損方法主要包括超聲波法、X射線法、中子衍射法以及 磁性測定法。其中中子衍射法由于其設備昂貴，受條件限制，在實際工業(yè)中幾乎沒有使用， 磁性測定法只針對鐵磁性材料，對于鋁合金不能使用，目前對于鋁合金焊接接頭的殘余應 力測定主要采用超聲波法和X射線法，但X射線對殘余應力的測試只能測試幾十個微米厚 度，對待測樣的表面質量要求較高，受到表面的質量狀態(tài)影響較大；中子衍射法殘余應力測 試設備重大、昂貴，很難實現(xiàn)生產現(xiàn)場的殘余應力測試。超聲波法對測量試件表面要求低、 測量速度快、綠色無污染，近幾年來發(fā)展較快。
[0004] 超聲波法測量殘余應力屬于間接性測量，超聲波在待測樣中的傳播速度與待測樣 中的殘余應力存在著聲彈性關系，即超聲波中的臨界折射波(LCR波)在待測樣中的傳播速 度和待測樣中的殘余應力基本呈現(xiàn)線性關系。依據(jù)聲彈性原理，若超聲波收發(fā)探頭距離固 定(超聲波收發(fā)探頭距離即為超聲波傳播有效距離），由聲彈性公式A σ = Κ △ t得到待測樣 的殘余應力值，其中，K為應力系數(shù)，△ σ為待測樣中的應力值與零應力樣中的應力值之差， 即超聲波殘余應力測量系統(tǒng)測得的殘余應力值；A t為臨界折射波在待測樣中的傳播時間 與超聲波在零應力樣(零應力樣取自于母材）中的傳播時間之差，也稱為超聲波聲時差。應 力系數(shù)K與材料的自身性質以及收發(fā)探頭距離決定，通過單向拉伸標定，標定之后輸入超聲 波測量系統(tǒng)中。進行殘余應力測試時，超聲波測量系統(tǒng)通過記錄臨界折射波在待測樣的超 聲波探測范圍（超聲波探頭的寬度與超聲波傳播有效距離圍成的矩形區(qū)域）的傳播時間與 超聲波在零應力樣中的傳播時間之差At，根據(jù)超聲波測量系統(tǒng)中預先輸入的應力系數(shù)K， 自動計算得出待測樣中的應力值與零應力樣中的應力值之差A 即待測樣的殘余應力值。 在實際測量時，由于焊接接頭不同焊接區(qū)域超聲波探測范圍受到的焊接熱影響不同，導致 不同區(qū)域的晶粒尺寸、析出強化相、織構組織等微觀組織發(fā)生變化，聲彈性常數(shù)也會發(fā)生變 化。微觀組織和聲彈性常數(shù)的變化直接影響在實際測量中使用的應力系數(shù)K，同時也會產生 真實測量點與零應力參考點之間的零聲時偏差，上述兩者所帶來的系統(tǒng)誤差會嚴重影響對 真實構件進行超聲波殘余應力測量時的精度，限制了超聲波法在殘余應力測試中的應用。
【發(fā)明內容】
[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法， 該方法可修正由于焊接部位不同焊接區(qū)域的微觀組織不同所造成聲彈性公式中的應力系 數(shù)和零聲時偏差值的變化，從而顯著提高了超聲波殘余應力測量精度。
[0006] 本發(fā)明實現(xiàn)其發(fā)明目的所采取的技術手段是:一種可修正微觀組織差異影響的超 聲波殘余應力測量方法，包括以下步驟：
[0007] A、對焊接部位進行微觀組織檢測，將焊接部位按微觀組織不同分成I個微觀組織 區(qū)域Ri，其中i為微觀組織區(qū)域Ri的編號，i = 1，2，3…I;
[0008] B、確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的應力系數(shù)K'Pl和垂直 于焊縫方向的應力系數(shù)Κ ' Vl;確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的零 聲時偏差值Δ T ' Pi和垂直于焊縫方向的零聲時偏差值Δ T ' Vi;
[0009] C、計算修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的應力系數(shù) ΚΡη、垂直于焊縫方向的應力系數(shù)K Vn;平行于焊縫方向的零聲時偏差值ΔΤ^Ρ垂直于焊縫方 向的零聲時偏差值ATVn:
[0010] Cl、在對焊接部位任一測量區(qū)域η進行平行于焊縫方向的超聲波殘余應力測試時， 根據(jù)測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心所占的比例λ ιη和步驟Β中得到的不 同微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的應力系數(shù)K'Pl，求得修正了微觀組織差異影響的所 述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的應力系數(shù)Κ Ρη;
[0011] C2、在對焊接部位任一測量區(qū)域η進行垂直于焊縫方向的超聲波殘余應力測試時， 根據(jù)測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心所占的比例和步驟Β中得到的不 同微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的應力系數(shù)K' Vl，求得修正了微觀組織差異影響的所 述測量區(qū)域η的垂直于焊縫方向的應力系數(shù)KVn;
[0012] C3、在對焊接部位任一測量區(qū)域η進行平行于焊縫方向的超聲波殘余應力測試時， 根據(jù)測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心所占的比例λ ιη和步驟Β中得到的各 個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的零聲時偏差值A T'Pl，求得修正了微觀組織差異影 響的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的零聲時偏差值△ ΤΡη;
[0013] C4、在對焊接部位任一測量區(qū)域η進行垂直于焊縫方向的超聲波殘余應力測試時， 根據(jù)測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心所占的比例μ ιη和步驟Β中得到的各 個微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的零聲時偏差值A T'Vl，求得修正了微觀組織差異影 響的所述測量區(qū)域η的垂直于焊縫方向的零聲時偏差值△ TVn;
[0014] D、根據(jù)步驟C得到的修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方 向的應力系數(shù)Κρ η和零聲時偏差值Δ Τρη，基于公式：Δ σΡη = Κρη( Δ t+ Δ Τρη)，計算修正了微觀 組織差異所造成的誤差的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的焊接殘余應力值△ σΡη;
[0015] 根據(jù)步驟C得到的修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的垂直于焊縫方向 的應力系數(shù)KVn和零聲時偏差值Δ TVn，基于公式：Δ σνη = κνη( Δ t+ Δ TVn)，計算修正了微觀組 織差異所造成的誤差的所述測量區(qū)域η的垂直于焊縫方向的焊接殘余應力值△ σνη。
[0016] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0017] 在對焊接部位進行超聲波殘余應力測試時，由于不同焊接區(qū)域超聲波探測范圍受 到的焊接熱影響不同，導致不同區(qū)域的晶粒尺寸、析出強化相、織構組織等微觀組織發(fā)生變 化，聲彈性常數(shù)也會發(fā)生變化。微觀組織和聲彈性常數(shù)的變化直接影響在實際測量中使用 的應力系數(shù)。同樣在零應力狀態(tài)下，由于母材區(qū)域和不同焊接區(qū)域的微觀組織不同，導致母 材的零應力狀態(tài)傳播時間和不同焊接區(qū)域的零應力狀態(tài)傳播時間不同，而在實際測量中使 用的超聲波在零應力樣中的傳播時間為母材的零應力狀態(tài)傳播時間，而不是所在的焊接區(qū) 域的零應力狀態(tài)傳播時間，給超聲波聲時差的計算造成了誤差，其中母材的零應力狀態(tài)傳 播時間和不同焊接區(qū)域的零應力狀態(tài)傳播時間之差，在本發(fā)明中稱為零聲時偏差值。由于 微觀組織的影響導致的應力系數(shù)的改變和零聲時偏差的存在，所帶來的系統(tǒng)誤差會嚴重影 響超聲波殘余應力測量的精度。
[0018]本發(fā)明首先通過預實驗對焊接部位按微觀組織不同進行分區(qū)，確定各個微觀組織 區(qū)域的平行于焊縫方向的應力系數(shù)和零聲時偏差值，垂直于焊縫方向的應力系數(shù)和零聲時 偏差值。然后，根據(jù)焊接部位任一測量區(qū)域的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域所占的比 例，求得所述修正了微觀組織差異影響的測量區(qū)域的平行于焊縫方向的應力系數(shù)和零聲時 偏差值，垂直于焊縫方向的應力系數(shù)和零聲時偏差值。進一步，通過聲彈性公式，用修正了 微觀組織差異的應力系數(shù)，并引入零聲時偏差值，計算修正了微觀組織差異所造成的誤差 的所述測量區(qū)域的平行于焊縫方向和垂直于焊縫方向的焊接殘余應力值。
[0019]總之，本發(fā)明針對焊接部位各個焊接區(qū)域微觀組織不同，經過數(shù)學分析和推導得 到測量區(qū)域中應力系數(shù)和零聲時偏差值與各個微觀組織占比值的關系，即可定量消除測量 區(qū)域微觀組織差異造成的聲彈性常數(shù)變化和零聲時偏差值存在所引入的誤差，顯著減小了 超聲波應力測量系統(tǒng)的測量誤差，明顯提高了測量精度。
[0020] 進一步，本發(fā)明所述步驟B確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方 向的應力系數(shù)K ' Pl的具體做法是：
[0021] B11、在焊接部位的焊縫區(qū)域和母材區(qū)域上連續(xù)取J個長度平行于焊縫，寬度為超 聲波探頭寬度的平行測試試樣吣，其中，j為平行測試試樣Μ」的試樣編號，j = l，2,3~J;所述 平行測試試樣W的長度等于超聲波接收探頭長度、超聲波發(fā)射探頭長度、超聲波傳播有效 距離以及所述步驟B12中拉伸機夾持端之和，且所取的平行測試試樣W個數(shù)J大于微觀組織 區(qū)域仏的數(shù)量I;
[0022] B12、在每個平行測試試樣吣的中心位置上沿所述平行測試試樣Μ」長度方向安放超 聲波探頭，并通過微觀組織檢測確定在每個平行測試試樣吣的超聲波探測范圍中各個微觀 組織區(qū)域心所占的比例，記作a lj;將拉伸機的夾持端夾持在所述平行測試試樣W長度方向 的兩端，通過拉伸機對平行測試試樣W施加沿所述平行測試試樣W長度方向的不同梯度的 載荷;在各個應力狀態(tài)下，分別對平行測試試樣W進行沿所述平行測試試樣Μ」長度方向的超 聲波殘余應力測試，記錄每個應力狀態(tài)下超聲波測量系統(tǒng)所測出的各個平行測試試樣Mj的 殘余應力值和拉伸機提供的實際載荷值；
[0023] B13、步驟B12中進行殘余應力測試的超聲波測量系統(tǒng)的預設應力系數(shù)為1，以聲 彈性公式為基礎，通過步驟B12中得到的每個應力狀態(tài)下超聲波測量系統(tǒng)所測出的平行測 試試樣吣的殘余應力值，計算出每個應力狀態(tài)下各個平行測試試樣吣的實際超聲波聲時差； 根據(jù)步驟B12記錄的拉伸機提供的實際載荷值和平行測試試樣A的橫截面積，得到實際作 用在平行測試試樣吣上應力值；
[0024] B14、根據(jù)步驟B13得到的每個應力狀態(tài)下平行測試試樣W的實際超聲波聲時差和 實際作用在平行測試試樣A上應力值的對應關系，基于聲彈性公式，通過最小二乘法線性 擬合，得到各個平行測試試樣吣超聲波探測范圍的平行于焊縫方向的應力系數(shù)K PJ;
[0025] B15、基于以下公式，計算各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的應力系數(shù)K'Pl:
[0027]進一步，本發(fā)明所述步驟Β確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方 向的應力系數(shù)Κ ' Vl的具體做法是：
[0028] B21、以焊縫中心線為對稱軸，垂直于焊縫取一個垂向測試試樣N，所述垂向測試試 樣N的長度方向包括焊縫區(qū)域，熱影響區(qū)域和母材區(qū)域，所述垂向測試試樣N的寬度大于或 等于超聲波接收探頭長度、超聲波發(fā)射探頭長度和超聲波傳播有效距離之和;在垂向測試 試樣N上根據(jù)離焊縫中心線不同的距離布置K個測量點d k，其中，k為測量點dk的編號，k=l， 2,3···Κ，且所布置的測量點dk個數(shù)K大于微觀組織區(qū)域心的數(shù)量I;
[0029] B22、在垂向測試試樣N上沿所述垂向測試試樣N長度方向依次安放超聲波探頭，使 超聲探頭中心分別對準各個測量點dk，并通過微觀組織檢測確定垂向測試試樣N上每個測 量點d k對應的超聲波探測范圍中各個微觀組織區(qū)域心所占的比例，記作alk;將拉伸機的夾 持端夾持在所述垂向測試試樣N長度方向的兩端，施加沿所述垂向測試試樣N長度方向的不 同梯度的載荷;在各個應力狀態(tài)下，分別對各個測量點d k進行沿所述垂向測試試樣N長度方 向的超聲波殘余應力測試，記錄每個應力狀態(tài)下，超聲波測量系統(tǒng)所測出的垂向測試試樣N 上各個測量點dk的殘余應力值和拉伸機提供的實際載荷值；
[0030] B23、步驟B22中進行殘余應力測試的超聲波測量系統(tǒng)的預設應力系數(shù)為Ks，以聲 彈性公式為基礎，通過步驟B22得到的每個應力狀態(tài)下超聲波測量系統(tǒng)所測出的垂向測試 試樣N上各個測量點d k的殘余應力值，計算出每個應力狀態(tài)下垂向測試試樣N上各個測量點 dk的實際超聲波聲時差;根據(jù)步驟B22記錄的拉伸機提供的實際載荷值和垂向測試試樣N的 橫截面積，得到實際作用在垂向測試試樣N上的應力值；
[0031] B24、根據(jù)步驟B23得到的每個應力狀態(tài)下垂向測試試樣N上各個測量點dk的實際 超聲波聲時差和實際作用在垂向測試試樣N上應力值的對應關系，基于聲彈性公式，通過最 小二乘法線性擬合得到垂向測試試樣N上各個測量點d k對應的超聲波探測范圍的垂直于焊 縫方向的應力系數(shù)Kvk;
[0032] B25、基于以下公式，計算各個微觀組織區(qū)域心垂直于焊縫方向的應力系數(shù)K'Vl:
[0034]進一步，本發(fā)明所述步驟B確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方 向的零聲時偏差值A T' Pl的具體做法是：
[0035] B31、確定母材零應力狀態(tài)傳播時間
[0036] 取與所述待測焊接試樣材料厚度相同的未焊接的母材試板，進行超聲波殘余應力 測定，記錄超聲波在所述母材試板的傳播時間，將超聲波在沿所述母材試板乳制方向的傳 播時間記為沿乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間t PQ;將超聲波在垂直于所述母材試板的 乳制方向的傳播時間記為垂直于乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間tvo;焊接都是沿著乳 制方向進行的，所以此處沿所述母材試板乳制方向即為焊接后的平行于焊縫的方向，垂直 于所述母材試板乳制方向即為焊接后的垂直于焊縫的方向；
[0037] B32、在焊接部位的焊縫區(qū)域和母材區(qū)域上連續(xù)取Η個長度平行于焊縫，寬度為超 聲波探頭寬度的平行測試試樣Uh，其中，h為平行測試試樣Uh的試樣編號，?!=1，2,3···Η;所述 平行測試試樣U h的長度等于超聲波接收探頭長度、超聲波發(fā)射探頭長度和超聲波傳播有效 距離之和，且所取的平行測試試樣Uh個數(shù)Η大于微觀組織區(qū)域&的數(shù)量I;
[0038] 此處取的平行測試試樣Uh尺寸足夠小，試樣中的殘余應力得到足夠的釋放，基本 可以視為零應力狀態(tài)；
[0039] B33、在每個平行測試試樣Uh的中心位置上沿所述平行測試試樣Uh長度方向安放超 聲波探頭，并通過微觀組織檢測確定在每個平行測試試樣Uh的超聲波探測范圍中各個微觀 組織區(qū)域心所占的比例，記作blh;對每個平行測試試樣Uh進行沿所述平行測試試樣Uh的長度 方向的超聲波殘余應力測試，并將超聲波在所述平行測試試樣Uh的超聲波探測范圍的傳播 時間記為平行測試試樣Uh的零應力狀態(tài)傳播時間t hQ;用平行測試試樣Uh的零應力狀態(tài)傳播 時間thQ減去沿乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間t PQ，即得各個平行測試試樣Uh的零聲時 偏差值 A Tph，Δ Tph= th『tp〇;
[0040] B34、基于以下公式，計算各個不同微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的零聲時偏 差值AT%i:
[0042]進一步，本發(fā)明所述步驟B確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方 向的零聲時偏差值A T' Vl的具體做法是：
[0043] B41、確定母材零應力狀態(tài)傳播時間
[0044] 取與所述待測焊接試樣材料厚度相同的未焊接的母材試板，進行超聲波殘余應力 測定，并記錄超聲波在所述母材試板的傳播時間，將超聲波在沿所述母材試板乳制方向的 傳播時間記為沿乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間t PQ;將超聲波在垂直于所述母材試板 的乳制方向的傳播時間記為垂直于乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間tvo;焊接都是沿著 乳制方向進行的，所以此處沿所述母材試板乳制方向即為焊接后的平行于焊縫的方向，垂 直于所述母材試板的乳制方向即為焊接后的垂直于焊縫的方向；
[0045] B42、在焊接部位的焊縫區(qū)域和母材區(qū)域上連續(xù)取G個長度垂直于焊縫，寬度等于 超聲波探頭寬度Y的垂向測試試樣％，其中，g為垂向測試試樣~的試樣編號，g = l，2,3…G; 所述垂向測試試樣Wg的長度等于超聲波接收探頭長度、超聲波發(fā)射探頭長度和超聲波傳播 有效距離之和;且所取的垂向測試試樣^個數(shù)G大于微觀組織區(qū)域&的數(shù)量I;
[0046] 此處取的垂向測試試樣~尺寸足夠小，試樣中的殘余應力得到足夠的釋放，基本 可以視為零應力狀態(tài)；
[0047] B43、在每個垂向測試試樣Wg的中心位置上沿所述垂向測試試樣^長度方向安放超 聲波探頭，并通過微觀組織檢測確定在每個垂向測試試樣％的超聲波探測范圍中各個微觀 組織區(qū)域心所占的比例，記作b lg;對每個垂向測試試樣Wg進行沿所述垂向測試試樣Wg的長度 方向的超聲波殘余應力測試，并將超聲波在所述垂向測試試樣W g的超聲波探測范圍的傳播 時間記為垂向測試試樣％的零應力狀態(tài)傳播時間4〇;用垂向測試試樣％的零應力狀態(tài)傳播 時間t gQ減去垂直于乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間t?，即得各個垂向測試試樣％的零 聲時偏差值 Δ Tvg，Δ Tvg = tg〇-tvo;
[0048] B44、基于以下公式，計算各個不同微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的零聲時偏 差值ΔΤ'νι:
[0050] 為了保證選取的微觀組織更具代表性，在本發(fā)明的取樣操作中，需要盡量避免起 弧端和收弧端的因焊接過程不穩(wěn)定的影響。
[0051] 進一步，本發(fā)明所述步驟C1的具體做法是:在對測量區(qū)域η進行平行于焊縫方向的 超聲波殘余應力測試時，通過微觀組織檢測確定在測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀 組織區(qū)域心所占的比例λ ιη，根據(jù)步驟Β中得到的不同微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的 應力系數(shù)K'Pl，按照以下公式，求得修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平行于焊 縫方向的應力系數(shù)Κ Ρη:
[0053]進一步，本發(fā)明所述步驟C2的具體做法是:在對測量區(qū)域η進行垂直于焊縫方向的 超聲波殘余應力測試時，通過微觀組織檢測確定在測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀 組織區(qū)域心所占的比例μιη，根據(jù)步驟Β中得到的不同微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的 應力系數(shù)K' Vl，按照以下公式，求得修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的垂直于焊 縫方向的應力系數(shù)KVn:
[0055] 進一步，本發(fā)明所述步驟C3的具體做法是:在對測量區(qū)域η進行平行于焊縫方向的 超聲波殘余應力測試時，通過微觀組織檢測確定在測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀 組織區(qū)域心所占的比例λ ιη，根據(jù)步驟Β中得到的各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的 零聲時偏差值A T'Pl，按照以下公式，求得修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平 行于焊縫方向的零聲時偏差值A ΤΡη;
[0056] Δ Τρη = λ?η Δ τ，Ρ1+λ2η Δ τ，P2^-----^inAT'Pi。 (7)
[0057] 進一步，本發(fā)明所述步驟C4的具體做法是:在對測量區(qū)域η進行垂直于焊縫方向的 超聲波殘余應力測試時，通過微觀組織檢測確定在測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀 組織區(qū)域m所占的比例μ ιη，根據(jù)步驟Β中得到的各個微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的 零聲時偏差值A T'Vl，按照以下公式，求得修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的垂 直于焊縫方向的零聲時偏差值A TVn;
[0058] Δ Τνη = μLηΔ Τ'ν?+μ2ηΔ Τ，ν2+···+μLη Δ Τ'Vi 〇 (8)
[0059] 進一步，本發(fā)明所述微觀組織檢測包括硬度試驗檢測，金相觀察，XRD等材料微觀 組織觀察方法。
[0060] 下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明做詳細說明。
【附圖說明】
[0061] 圖1為本發(fā)明實施例平行于焊縫方向應力系數(shù)的實測值與修正值。
[0062]圖2為本發(fā)明實施例垂直于焊縫方向應力系數(shù)實測值與修正值。
[0063]圖3為本發(fā)明實施例平行于焊縫方向零聲時偏差值實測值與修正值。
[0064]圖4為本發(fā)明實施例垂直于焊縫方向零聲時偏差值實測值與修正值。
[0065]圖5為本發(fā)明實施例平行于焊縫方向殘余應力的修正前超聲波測量值和盲孔法測 量值。
[0066]圖6為本發(fā)明實施例平行于焊縫方向殘余應力的修正后超聲波修正值和盲孔法測 量值。
[0067]圖7為本發(fā)明實施例垂直于焊縫方向殘余應力的修正前超聲波測量值和盲孔法測 量值。
[0068]圖8為本發(fā)明實施例垂直于焊縫方向殘余應力的修正后超聲波修正值和盲孔法測 量值。
【具體實施方式】
[0069]本發(fā)明的一種具體方式是:一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量 方法，包括以下步驟：
[0070] Α、對焊接部位進行微觀組織檢測，將焊接部位按微觀組織不同分成I個微觀組織 區(qū)域Ri，其中i為微觀組織區(qū)域Ri的編號，i = 1，2，3…I;
[0071] B、確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的應力系數(shù)K'Pl和垂直 于焊縫方向的應力系數(shù)κ ' Vl;確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的零 聲時偏差值Δ T ' Pi和垂直于焊縫方向的零聲時偏差值Δ τ ' Vi;
[0072] C、計算修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的應力系數(shù) ΚΡη、垂直于焊縫方向的應力系數(shù)KVn;平行于焊縫方向的零聲時偏差值ΔΤ^Ρ垂直于焊縫方 向的零聲時偏差值AT Vn:
[0073] Cl、在對焊接部位上任一測量區(qū)域η進行平行于焊縫方向的超聲波殘余應力測試 時，根據(jù)測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心所占的比例λ ιη和步驟Β中得到的 不同微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的應力系數(shù)K'Pl，求得修正了微觀組織差異影響的 所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的應力系數(shù)Κ Ρη;
[0074] C2、在對焊接部位上任一測量區(qū)域η進行垂直于焊縫方向的超聲波殘余應力測試 時，根據(jù)測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心所占的比例μ ιη和步驟Β中得到的 不同微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的應力系數(shù)K'Vl，求得修正了微觀組織差異影響的 所述測量區(qū)域η的垂直于焊縫方向的應力系數(shù)K Vn;
[0075] C3、在對焊接部位上任一測量區(qū)域η進行平行于焊縫方向的超聲波殘余應力測試 時，根據(jù)測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心所占的比例λ ιη和步驟Β中得到的 各個微觀組織區(qū)域h的平行于焊縫方向的零聲時偏差值A T'Pl，求得修正了微觀組織差異 影響的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的零聲時偏差值ΔΤΡη;
[0076] C4、在對焊接部位上任一測量區(qū)域η進行垂直于焊縫方向的超聲波殘余應力測試 時，根據(jù)測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心所占的比例μ ιη和步驟Β中得到的 各個微觀組織區(qū)域h的垂直于焊縫方向的零聲時偏差值A T'Vl，求得修正了微觀組織差異 影響的所述測量區(qū)域η的垂直于焊縫方向的零聲時偏差值ΔΤνη;
[0077] D、根據(jù)步驟C得到的修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方 向的應力系數(shù)Κρη和零聲時偏差值Δ Τρη，基于公式：Δ σΡη = Κρη( Δ t+ Δ Τρη)，計算修正了微觀 組織差異所造成的誤差的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的焊接殘余應力值△ σΡη;
[0078] 根據(jù)步驟C得到的修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的實際垂直于焊縫 方向的應力系數(shù)KVn和零聲時偏差值Δ TVn，基于公式：Δ σνν = κνη( Δ t+ Δ TVn)，計算修正了微 觀組織差異所造成的誤差的所述測量區(qū)域η的垂直于焊縫方向的焊接殘余應力值△ 〇Vn。
[0079] 本實施例中所述步驟Cl的具體做法是:在對測量區(qū)域η進行平行于焊縫方向的超 聲波殘余應力測試時，通過微觀組織檢測確定在測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組 織區(qū)域心所占的比例λ ιη，根據(jù)步驟Β中得到的不同微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的應 力系數(shù)K'Pl，按照以下公式，求得修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫 方向的應力系數(shù)Κ Ρη:
[0081] 本實施例中所述步驟Β確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的 應力系數(shù)K'Pl的具體做法是：
[0082] Β11、在焊接部位的焊縫區(qū)域和母材區(qū)域上連續(xù)取J個長度平行于焊縫，寬度為超 聲波探頭寬度的平行測試試樣吣，其中，j為平行測試試樣M」的試樣編號，j = l，2,3~J;所述 平行測試試樣W的長度等于超聲波接收探頭長度、超聲波發(fā)射探頭長度、超聲波傳播有效 距離以及所述步驟B12中拉伸機夾持端之和，且所取的平行測試試樣W個數(shù)J大于微觀組織 區(qū)域仏的數(shù)量I;
[0083] B12、在每個平行測試試樣吣的中心位置上沿所述平行測試試樣Μ」長度方向安放超 聲波探頭，并通過微觀組織檢測確定在每個平行測試試樣吣的超聲波探測范圍中各個微觀 組織區(qū)域心所占的比例，記作alj;將拉伸機的夾持端夾持在所述平行測試試樣W長度方向 的兩端，通過拉伸機對平行測試試樣W施加沿所述平行測試試樣W長度方向的不同梯度的 載荷;在各個應力狀態(tài)下，分別對平行測試試樣W進行沿所述平行測試試樣Μ」長度方向的超 聲波殘余應力測試，記錄每個應力狀態(tài)下超聲波測量系統(tǒng)所測出的各個平行測試試樣Mj的 殘余應力值和拉伸機提供的實際載荷值；
[0084] B13、步驟B12中進行殘余應力測試的超聲波測量系統(tǒng)的預設應力系數(shù)為1，以聲 彈性公式為基礎，通過步驟B12中得到的每個應力狀態(tài)下超聲波測量系統(tǒng)所測出的平行測 試試樣吣的殘余應力值，計算出每個應力狀態(tài)下各個平行測試試樣吣的實際超聲波聲時差； 根據(jù)步驟B12記錄的拉伸機提供的實際載荷值和平行測試試樣A的橫截面積，得到實際作 用在平行測試試樣吣上應力值；
[0085] B14、根據(jù)步驟B13得到的每個應力狀態(tài)下平行測試試樣W的實際超聲波聲時差和 實際作用在平行測試試樣A上應力值的對應關系，基于聲彈性公式，通過最小二乘法線性 擬合，得到各個平行測試試樣吣超聲波探測范圍的平行于焊縫方向的應力系數(shù)KPJ;
[0086] B15、基于以下公式，計算各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的應力系數(shù)K'Pl:
[0088]本實施例中所述步驟Β確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的 應力系數(shù)K'Vl的具體做法是：
[0089] B21、以焊縫中心線為對稱軸，垂直于焊縫取一個垂向測試試樣N，所述垂向測試試 樣N的長度方向包括焊縫區(qū)域，熱影響區(qū)域和母材區(qū)域，所述垂向測試試樣N的寬度大于或 等于超聲波接收探頭長度、超聲波發(fā)射探頭長度和超聲波傳播有效距離之和;在垂向測試 試樣N上根據(jù)離焊縫中心線不同的距離布置K個測量點d k，其中，k為測量點dk的編號，k=l， 2,3···Κ，且所布置的測量點dk個數(shù)K大于微觀組織區(qū)域心的數(shù)量I;
[0090] B22、在垂向測試試樣N上沿所述垂向測試試樣N長度方向依次安放超聲波探頭，使 超聲探頭中心分別對準各個測量點dk，并通過微觀組織檢測確定垂向測試試樣N上每個測 量點dk對應的超聲波探測范圍中各個微觀組織區(qū)域心所占的比例，記作alk;將拉伸機的夾 持端夾持在所述垂向測試試樣N長度方向的兩端，施加沿所述垂向測試試樣N長度方向的不 同梯度的載荷;在各個應力狀態(tài)下，分別對各個測量點d k進行沿所述垂向測試試樣N長度方 向的超聲波殘余應力測試，記錄每個應力狀態(tài)下，超聲波測量系統(tǒng)所測出的垂向測試試樣N 上各個測量點dk的殘余應力值和拉伸機提供的實際載荷值；
[0091] B23、步驟B22中進行殘余應力測試的超聲波測量系統(tǒng)的預設應力系數(shù)為Ks，以聲 彈性公式為基礎，通過步驟B22得到的每個應力狀態(tài)下超聲波測量系統(tǒng)所測出的垂向測試 試樣N上各個測量點dk的殘余應力值，計算出每個應力狀態(tài)下垂向測試試樣N上各個測量點 dk的實際超聲波聲時差;根據(jù)步驟B22記錄的拉伸機提供的實際載荷值和垂向測試試樣N的 橫截面積，得到實際作用在垂向測試試樣N上的應力值；
[0092] B24、根據(jù)步驟B23得到的每個應力狀態(tài)下垂向測試試樣N上各個測量點dk的實際 超聲波聲時差和實際作用在垂向測試試樣N上應力值的對應關系，基于聲彈性公式，通過最 小二乘法線性擬合得到垂向測試試樣N上各個測量點dk對應的超聲波探測范圍的垂直于焊 縫方向的應力系數(shù)Kvk;
[0093] B25、基于以下公式，計算各個微觀組織區(qū)域心垂直于焊縫方向的應力系數(shù)K'Vl:
[0095]本實施例中所述步驟B確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的 零聲時偏差值Δ Τ'Pl的具體做法是：
[0096] B31、確定母材零應力狀態(tài)傳播時間
[0097] 取與所述待測焊接試樣材料厚度相同的未焊接的母材試板，進行超聲波殘余應力 測定，記錄超聲波在所述母材試板的傳播時間，將超聲波在沿所述母材試板乳制方向的傳 播時間記為沿乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間t PQ;將超聲波在垂直于所述母材試板乳 制方向的傳播時間記為垂直于乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間tvo;
[0098] B32、在焊接部位的焊縫區(qū)域和母材區(qū)域上連續(xù)取Η個長度平行于焊縫，寬度為超 聲波探頭寬度的平行測試試樣Uh，其中，h為平行測試試樣U h的試樣編號，?!=1，2,3···Η;所述 平行測試試樣Uh的長度等于超聲波接收探頭長度、超聲波發(fā)射探頭長度和超聲波傳播有效 距離之和，且所取的平行測試試樣U h個數(shù)Η大于微觀組織區(qū)域&的數(shù)量I;
[0099] Β33、在每個平行測試試樣Uh的中心位置上沿所述平行測試試樣Uh長度方向安放超 聲波探頭，并通過微觀組織檢測確定在每個平行測試試樣Uh的超聲波探測范圍中各個微觀 組織區(qū)域心所占的比例，記作blh;對每個平行測試試樣Uh進行沿所述平行測試試樣Uh的長度 方向的超聲波殘余應力測試，并將超聲波在所述平行測試試樣Uh的超聲波探測范圍的傳播 時間記為平行測試試樣Uh的零應力狀態(tài)傳播時間t hQ;用平行測試試樣Uh的零應力狀態(tài)傳播 時間thQ減去沿乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間t PQ，即得各個平行測試試樣Uh的零聲時 偏差值 A Tph，Δ Tph= th『tp〇;
[0100] B34、基于以下公式，計算各個不同微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的零聲時偏 差值ΔΤ'Ρι: ^ π-.Γδ^Γ , ….mh κτ.ρΛ ! . , 於
[0101] . = ： ··: : , Α'ι ….?. Λ Ψ _Δ?！?1ΑΤρη] 〇
[0102] 本實施例中所述步驟Β確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的 零聲時偏差值Δ Τ'Vl的具體做法是：
[0103] B41、確定母材零應力狀態(tài)傳播時間
[0104] 取與所述待測焊接試樣材料厚度相同的未焊接的母材試板，進行超聲波殘余應力 測定，并記錄超聲波在所述母材試板的傳播時間，將超聲波在沿所述母材試板乳制方向的 傳播時間記為沿乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間t PQ;將超聲波在垂直于所述母材試板 的乳制方向的傳播時間記為垂直于乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間tvo;
[0105] B42、在焊接部位的焊縫區(qū)域和母材區(qū)域上連續(xù)取G個長度垂直于焊縫，寬度等于 超聲波探頭寬度Y的垂向測試試樣％，其中，g為垂向測試試樣~的試樣編號，g = l，2,3…G; 所述垂向測試試樣Wg的長度等于超聲波接收探頭長度、超聲波發(fā)射探頭長度和超聲波傳播 有效距離之和;且所取的垂向測試試樣^個數(shù)G大于微觀組織區(qū)域&的數(shù)量I;
[0106] B43、在每個垂向測試試樣Wg的中心位置上沿所述垂向測試試樣^長度方向安放超 聲波探頭，并通過微觀組織檢測確定在每個垂向測試試樣％的超聲波探測范圍中各個微觀 組織區(qū)域心所占的比例，記作blg;對每個垂向測試試樣W g進行沿所述垂向測試試樣Wg的長度 方向的超聲波殘余應力測試，并將超聲波在所述垂向測試試樣W g的超聲波探測范圍的傳播 時間記為垂向測試試樣％的零應力狀態(tài)傳播時間4〇;用垂向測試試樣％的零應力狀態(tài)傳播 時間t gQ減去垂直于乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間t?，即得各個垂向測試試樣％的零 聲時偏差值 Δ Tvg，Δ Tvg = tg〇-tvo;
[0107] B44、基于以下公式，計算各個不同微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的零聲時偏 差值ΔΤ'νι: ΔΓ',. ? 「， Γ ATr, 峪1.. V仏
[0108] . * = ； '· · : K ··· bIg . ο
[0109]本實施例中所述步驟C2的具體做法是:在對測量區(qū)域η進行垂直于焊縫方向的超 聲波殘余應力測試時，通過微觀組織檢測確定在測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組 織區(qū)域心所占的比例μιη，根據(jù)步驟Β中得到的不同微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的應 力系數(shù)K' Vl，按照以下公式，求得修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的垂直于焊縫 方向的應力系數(shù)KVn:
[0111]本實施例中所述步驟C3的具體做法是:在對測量區(qū)域η進行平行于焊縫方向的超 聲波殘余應力測試時，通過微觀組織檢測確定在測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組 織區(qū)域Ri所占的比例λιη，根據(jù)步驟B中得到的各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的零 聲時偏差值A T'Pl，按照以下公式，求得修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平行 于焊縫方向的零聲時偏差值A ΤΡη;
[01 1 2] Δ Τρη = λ?η Δ τ，Ρ1+λ2η Δ τ 'P2^-----Ι~λ?η Δ Τ ' Pi 〇
[0113] 本實施例中所述步驟C4的具體做法是:在對測量區(qū)域η進行垂直于焊縫方向的超 聲波殘余應力測試時，通過微觀組織檢測確定在測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組 織區(qū)域心所占的比例μ ιη，根據(jù)步驟Β中得到的各個微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的零 聲時偏差值A T'Vl，按照以下公式，求得修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的垂直 于焊縫方向的零聲時偏差值A TVn;
[0114] Δ Τνη = μLηΔ Τ，ν?+μ2ηΔ T，V2+."+yinA T'Vio
[0115] 本實施例中所述微觀組織檢測包括硬度試驗檢測，金相觀察，XRD等材料微觀組織 觀察方法。
[0116] 以焊接試樣7N01鋁合金為例，該類鋁合金屬于Al-Zn-Mg鋁合金，乳制板材，填充材 料為ER5356,板厚為8mm，焊接過程分為打底焊和蓋面焊，具體操作如下：
[0117] 首先，對焊接試樣的焊接部位的余高進行打磨去除，表面粗糙度符合相關標準。
[0118] 按照步驟A焊接部位進行微觀組織區(qū)域劃分。按照步驟B11-B15確定焊接部位上各 個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的應力系數(shù)K' Pld$照步驟B21-B25確定焊接部位上各 個微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的應力系數(shù)K'Vl。
[0119] 在此步驟中，步驟B12和B22中進行殘余應力測試的超聲波測量系統(tǒng)的預設應力系 數(shù)為Ks = 4。
[0120] 在步驟B12中拉伸機施加力的具體操作是:將拉伸機的夾持端夾持在所述平行測 試試樣％長度方向的兩端，控制拉伸試驗機使得平行測試試樣％內的應力為零，以此為零應 力參考信號，然后通過拉伸機對平行測試試樣W施加沿所述平行測試試樣W長度方向的不 同梯度的載荷(每次增加2KN的拉力）。
[0121] 在步驟B22中拉伸機施加力的具體操作是:將拉伸機的夾持端夾持在所述垂向測 試試樣N長度方向的兩端，控制拉伸試驗機使得垂向測試試樣N內的應力為零，以此為零應 力參考信號，然后通過拉伸機施加沿所述垂向測試試樣N長度方向的不同梯度的載荷(每次 增加2KN的拉力）。
[0122] 按照步驟C計算修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的 應力系數(shù)ΚΡη、垂直于焊縫方向的應力系數(shù)K Vn。
[0123] 如圖1示出，實測值表示步驟B14得到的各個平行測試試樣吣超聲波探測范圍的平 行于焊縫方向的應力系數(shù)Kpb修正值曲線是由步驟C1求得的修正了微觀組織差異影響的所 述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的應力系數(shù)&"得到的。
[0124] 如圖2所示，實測值表示步驟Β24得到的各個測量點dk對應的超聲波探測范圍的垂 直于焊縫方向的應力系數(shù)K Vk，修正值曲線是由步驟C2求得的修正了微觀組織差異影響的所 述測量區(qū)域η的垂直于焊縫方向的應力系數(shù)心"得到的。
[0125] 按照步驟Β31-Β34確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的零聲 時偏差值AT'Plj$照步驟B41-B44確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向 的零聲時偏差值A Τ'Vi。
[0126] 在步驟M2中，在焊接部位的焊縫區(qū)域和母材區(qū)域上連續(xù)取G個長度垂直于焊縫， 寬度等于超聲波探頭寬度Y的垂向測試試樣^，所取的垂向測試試樣％的中心點分別距離焊 縫中心〇臟、5mm、15mm、25mm、35mm、45mm、55mm 〇
[0127] 按照步驟C計算平行于焊縫方向的零聲時偏差值△ TPn和垂直于焊縫方向的零聲時 偏差值ATVn。
[0128] 如圖3所示，實測值表示步驟Β33得到的各個平行測試試樣Uh的零聲時偏差值Δ TPh;修正值曲線是由步驟C3求得的修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平行于焊 縫方向的零聲時偏差值△ !>"得到的。
[0129] 如圖4所示，實測值表示步驟M3得到的各個垂向測試試樣~的零聲時偏差值Δ Tvg;修正值曲線是由步驟C4求得的修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的垂直于焊 縫方向的零聲時偏差值△ !>"得到的。
[0130] 圖5示出，不用本發(fā)明的誤差修正方法測得的平行于焊縫方向的超聲波殘余應力 測量值(圖中標為超聲波法修正前)和盲孔法測得的殘余應力測量值(圖中標為盲孔法）。
[0131] 圖6示出，用本發(fā)明的誤差修正方法測得的平行于焊縫方向的超聲波殘余應力修 正值(圖中標為超聲波法)和盲孔法測得的殘余應力測量值(圖中標為盲孔法）。
[0132] 從圖5和圖6可以看出，平行于焊縫方向的超聲波殘余應力測量結果經過本發(fā)明方 法修正以后，更接近盲孔法測量得到的結果，特別在距焊縫中心近的微觀組織變化明顯的 區(qū)域，修正效果明顯。
[0133] 圖7示出，不用本發(fā)明的誤差修正方法測得的垂直于焊縫方向焊的超聲波殘余應 力測量值(圖中標為超聲波法修正前)和盲孔法測得的殘余應力測量值(圖中標為盲孔法）。
[0134] 圖8示出，用本發(fā)明的誤差修正方法測得的垂直于焊縫方向的超聲波殘余應力修 正值(圖中標為超聲波法)和盲孔法測得的殘余應力測量值(圖中標為盲孔法）。
[0135] 從圖7和圖8可以看出，垂直于焊縫方向的超聲波殘余應力測量結果經過本發(fā)明方 法修正以后，更接近盲孔法測量得到的結果，特別在距焊縫中心近的微觀組織變化明顯的 區(qū)域，修正效果明顯。
【主權項】
1. 一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法，包括以下步驟： A、 對焊接部位進行微觀組織檢測，將焊接部位按微觀組織不同分成I個微觀組織區(qū)域 Ri，其中i為微觀組織區(qū)域Ri的編號，i = 1，2，3··· I; B、 確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的應力系數(shù)K'Pl和垂直于焊 縫方向的應力系數(shù)K' Vl;確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域R1的平行于焊縫方向的零聲時 偏差值Δ T ' Pi和垂直于焊縫方向的零聲時偏差值Δ T ' Vi; C、 計算修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的應力系數(shù)KPn、 垂直于焊縫方向的應力系數(shù)K Vn;平行于焊縫方向的零聲時偏差值ΔΤΡη和垂直于焊縫方向 的零聲時偏差值ATvn: Cl、在對焊接部位上任一測量區(qū)域η進行平行于焊縫方向的超聲波殘余應力測試時，根 據(jù)測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心所占的比例λιη和步驟B中得到的不同 微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的應力系數(shù)K' Pl，求得修正了微觀組織差異影響的所述 測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的應力系數(shù)Kpn; C2、在對焊接部位上任一測量區(qū)域η進行垂直于焊縫方向的超聲波殘余應力測試時，根 據(jù)測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心所占的比例和步驟B中得到的不同 微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的應力系數(shù)K' Vl，求得修正了微觀組織差異影響的所述 測量區(qū)域η的垂直于焊縫方向的應力系數(shù)Kvn; C3、在對焊接部位上任一測量區(qū)域η進行平行于焊縫方向的超聲波殘余應力測試時，根 據(jù)測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心所占的比例λιη和步驟B中得到的各個 微觀組織區(qū)域R 1的平行于焊縫方向的零聲時偏差值A T'Pl，求得修正了微觀組織差異影響 的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的零聲時偏差值△ ΤΡη; C4、在對焊接部位上任一測量區(qū)域η進行垂直于焊縫方向的超聲波殘余應力測試時，根 據(jù)測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心所占的比例μιη和步驟B中得到的各個 微觀組織區(qū)域R 1的垂直于焊縫方向的零聲時偏差值A T'Vl，求得修正了微觀組織差異影響 的所述測量區(qū)域η的垂直于焊縫方向的零聲時偏差值△ Tvn; D、 根據(jù)步驟C得到的修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的 應力系數(shù)Kpn和零聲時偏差值Δ ΤΡη，基于公式：Δ σΡη = ΚΡη( Δ t+ Δ Tpn)，計算修正了微觀組織 差異所造成的誤差的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的焊接殘余應力值△ σΡη; 根據(jù)步驟C得到的修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的垂直于焊縫方向的應 力應力系數(shù)Kvn和零聲時偏差值Δ TVn，基于公式：Δ σνη = Κνη( Δ t+ Δ Tvn)，計算修正了微觀組 織差異所造成的誤差的所述測量區(qū)域η的垂直于焊縫方向的焊接殘余應力值△ σνη。2. 根據(jù)權利要求1所述的一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法， 其特征在于:所述步驟B確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域R 1的平行于焊縫方向的應力系 數(shù)K'Pl的具體做法是： Β11、在焊接部位的焊縫區(qū)域和母材區(qū)域上連續(xù)取J個長度平行于焊縫，寬度為超聲波 探頭寬度的平行測試試樣Mp其中，j為平行測試試樣的試樣編號，j = l，2,3…J;所述平行 測試試樣A的長度等于超聲波接收探頭長度、超聲波發(fā)射探頭長度、超聲波傳播有效距離 以及所述步驟B12中拉伸機夾持端之和，且所取的平行測試試樣個數(shù)J大于微觀組織區(qū)域 Ri的數(shù)量I; B12、在每個平行測試試樣的中心位置上沿所述平行測試試樣長度方向安放超聲波 接收探頭和超聲波發(fā)射探頭，并通過微觀組織檢測確定在每個平行測試試樣W的超聲波探 測范圍中各個微觀組織區(qū)域R1所占的比例，記作a lj;將拉伸機的夾持端夾持在所述平行測 試試樣長度方向的兩端，通過拉伸機對平行測試試樣施加沿所述平行測試試樣長度 方向的不同梯度的載荷;在各個應力狀態(tài)下，分別對平行測試試樣A進行沿所述平行測試 試樣吣長度方向的超聲波殘余應力測試，記錄每個應力狀態(tài)下超聲波測量系統(tǒng)所測出的各 個平行測試試樣％的殘余應力值和拉伸機提供的實際載荷值； B13、步驟B12中進行殘余應力測試的超聲波測量系統(tǒng)的預設應力系數(shù)為1，以聲彈性公 式為基礎，通過步驟B12中得到的每個應力狀態(tài)下超聲波測量系統(tǒng)所測出的平行測試試樣 Mj的殘余應力值，計算出每個應力狀態(tài)下各個平行測試試樣吣的實際超聲波聲時差;根據(jù)步 驟B12記錄的拉伸機提供的實際載荷值和平行測試試樣的橫截面積，得到實際作用在平 行測試試樣M j上應力值； B14、根據(jù)步驟B13得到的每個應力狀態(tài)下平行測試試樣的實際超聲波聲時差和實際 作用在平行測試試樣W上應力值的對應關系，利用聲彈性公式，通過最小二乘法線性擬合， 得到各個平行測試試樣吣超聲波探測范圍的平行于焊縫方向的應力系數(shù)Kp j ; B15、基于以下公式，計算各個微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的應力系數(shù)K'Pl:3.根據(jù)權利要求1所述的一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法， 其特征在于:所述步驟B確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域R1的垂直于焊縫方向的應力系 數(shù)K'Vl的具體做法是： B21、以焊縫中心線為對稱軸，垂直于焊縫取一個垂向測試試樣N，所述垂向測試試樣N 的長度方向包括焊縫區(qū)域，熱影響區(qū)域和母材區(qū)域，所述垂向測試試樣N的寬度大于或等于 超聲波接收探頭長度、超聲波發(fā)射探頭長度和超聲波傳播有效距離之和;在垂向測試試樣N 上根據(jù)離焊縫中心線不同的距離布置K個測量點dk，其中，k為測量點dk的編號，k=l，2,3··· K，且所布置的測量點dk個數(shù)K大于微觀組織區(qū)域R1的數(shù)量I; B22、在垂向測試試樣N上沿所述垂向測試試樣N長度方向依次安放超聲波探頭，使超聲 探頭中心分別對準各個測量點dk，并通過微觀組織檢測確定垂向測試試樣N上每個測量點dk 對應的超聲波探測范圍中各個微觀組織區(qū)域心所占的比例，記作alk;將拉伸機的夾持端夾 持在所述垂向測試試樣N長度方向的兩端，施加沿所述垂向測試試樣N長度方向的不同梯度 的載荷;在各個應力狀態(tài)下，分別對各個測量點d k進行沿所述垂向測試試樣N長度方向的超 聲波殘余應力測試，記錄每個應力狀態(tài)下，超聲波測量系統(tǒng)所測出的垂向測試試樣N上各個 測量點d k的殘余應力值和拉伸機提供的實際載荷值； B23、步驟B22中進行殘余應力測試的超聲波測量系統(tǒng)的預設應力系數(shù)為1，以聲彈性公 式為基礎，通過步驟B22得到的每個應力狀態(tài)下超聲波測量系統(tǒng)所測出的垂向測試試樣N上 各個測量點dk的殘余應力值，計算出每個應力狀態(tài)下垂向測試試樣N上各個測量點dk的實際 超聲波聲時差;根據(jù)步驟B22記錄的拉伸機提供的實際載荷值和垂向測試試樣N的橫截面 積，得到實際作用在垂向測試試樣N上的應力值； B24、根據(jù)步驟B23得到的每個應力狀態(tài)下垂向測試試樣N上各個測量點dk的實際超聲波 聲時差和實際作用在垂向測試試樣N上應力值的對應關系，利用聲彈性公式，通過最小二乘 法線性擬合得到垂向測試試樣N上各個測量點d k對應的超聲波探測范圍的垂直于焊縫方向 的應力系數(shù)Kvk; B25、基于以下公式，計算各個微觀組織區(qū)域R1垂直于焊縫方向的應力系數(shù)K'Vl:4.根據(jù)權利要求1所述的一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法， 其特征在于:所述步驟B確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域R1的平行于焊縫方向的零聲時 偏差值ΔΤ' Ρι的具體做法是： Β31、確定母材零應力狀態(tài)傳播時間 取與所述待測焊接試樣材料厚度相同的未焊接的母材試板，進行超聲波殘余應力測 定，記錄超聲波在所述母材試板的傳播時間，將超聲波在沿所述母材試板乳制方向的傳播 時間記為沿乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間t PQ;將超聲波在垂直于所述母材試板乳制 方向的傳播時間記為垂直于乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間tvo ; B32、在焊接部位的焊縫區(qū)域和母材區(qū)域上連續(xù)取H個長度平行于焊縫，寬度為超聲波 探頭寬度的平行測試試樣Uh，其中，h為平行測試試樣Uh的試樣編號，?! = 1，2,3···Η;所述平行 測試試樣Uh的長度等于超聲波接收探頭長度、超聲波發(fā)射探頭長度和超聲波傳播有效距離 之和，且所取的平行測試試樣U h個數(shù)H大于微觀組織區(qū)域R1的數(shù)量I; B33、在每個平行測試試樣Uh的中心位置上沿所述平行測試試樣Uh長度方向安放超聲波 探頭，并通過微觀組織檢測確定在每個平行測試試樣Uh的超聲波探測范圍中各個微觀組織 區(qū)域R1所占的比例，記作b lh;對每個平行測試試樣Uh進行沿所述平行測試試樣Uh的長度方向 的超聲波殘余應力測試，并將超聲波在所述平行測試試樣Uh的超聲波探測范圍的傳播時間 記為平行測試試樣U h的零應力狀態(tài)傳播時間thQ;用平行測試試樣Uh的零應力狀態(tài)傳播時間 th0減去沿乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間tPQ，即得各個平行測試試樣Uh的零聲時偏差 值 Δ Tph，Δ Tph= th〇-tp〇; B34、基于以下公式，計算各個不同微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的零聲時偏差值 AT，pi:5. 根據(jù)權利要求1所述的一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法， 其特征在于:所述步驟B確定焊接部位上各個微觀組織區(qū)域R 1的垂直于焊縫方向的零聲時 偏差值ΔΤ'νι的具體做法是： Β41、確定母材零應力狀態(tài)傳播時間 取與所述待測焊接試樣材料厚度相同的未焊接的母材試板，進行超聲波殘余應力測 定，并記錄超聲波在所述母材試板的傳播時間，將超聲波在沿所述母材試板乳制方向的傳 播時間記為沿乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間t PQ;將超聲波在垂直于所述母材試板的 乳制方向的傳播時間記為垂直于乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間tvo; B42、在焊接部位的焊縫區(qū)域和母材區(qū)域上連續(xù)取G個長度垂直于焊縫，寬度等于超聲 波探頭寬度Y的垂向測試試樣％，其中，g為垂向測試試樣~的試樣編號，g=l，2,3…G;所述 垂向測試試樣Wg的長度等于超聲波接收探頭長度、超聲波發(fā)射探頭長度和超聲波傳播有效 距離之和;且所取的垂向測試試樣^個數(shù)G大于微觀組織區(qū)域R 1的數(shù)量I; B43、在每個垂向測試試樣Wg的中心位置上沿所述垂向測試試樣Wg長度方向安放超聲波 探頭，并通過微觀組織檢測確定在每個垂向測試試樣Wg的超聲波探測范圍中各個微觀組織 區(qū)域R1所占的比例，記作b lg;對每個垂向測試試樣Wg進行沿所述垂向測試試樣Wg的長度方向 的超聲波殘余應力測試，并將超聲波在所述垂向測試試樣％的超聲波探測范圍的傳播時間 記為垂向測試試樣W g的零應力狀態(tài)傳播時間4〇;用垂向測試試樣％的零應力狀態(tài)傳播時間 tg〇減去垂直于乳制方向的母材零應力狀態(tài)傳播時間t?，即得各個垂向測試試樣^的零聲時 偏差值 ATvg，ATvg = tg〇_tvo; B44、基于以下公式，計算各個不同微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的零聲時偏差值 Δ T ' Vi:6. 根據(jù)權利要求1所述的一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法， 其特征在于:所述步驟Cl的具體做法是:在對測量區(qū)域η進行平行于焊縫方向的超聲波殘余 應力測試時，通過微觀組織檢測確定在測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心 所占的比例λ ιη，根據(jù)步驟B中得到的不同微觀組織區(qū)域心的平行于焊縫方向的應力系數(shù)K 'Pl，按照以下公式，求得修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方向的應 力系數(shù)Kp n:7. 根據(jù)權利要求1所述的一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法， 其特征在于:所述步驟C2的具體做法是:在對測量區(qū)域η進行垂直于焊縫方向的超聲波殘余 應力測試時，通過微觀組織檢測確定在測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心 所占的比例μ ιη，根據(jù)步驟B中得到的不同微觀組織區(qū)域心的垂直于焊縫方向的應力系數(shù)K 'η，按照以下公式，求得修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的垂直于焊縫方向的應 力系數(shù)Kvn :8. 根據(jù)權利要求1所述的一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法， 其特征在于:所述步驟C3的具體做法是:在對測量區(qū)域η進行平行于焊縫方向的超聲波殘余 應力測試時，通過微觀組織檢測確定在測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心 所占的比例λ ιη，根據(jù)步驟B中得到的各個微觀組織區(qū)域R1的平行于焊縫方向的零聲時偏差 值A T'Pl，按照以下公式，求得修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的平行于焊縫方 向的零聲時偏差值ΑΤ Ρη; Δ Τρη = λ?ηΔ Τ'Ρ1+λ2ηΔ Τ'Ρ2+···+λ?ηΔ ?'ρ?〇9. 根據(jù)權利要求1所述的一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測量方法， 其特征在于:所述步驟C4的具體做法是:在對測量區(qū)域η進行垂直于焊縫方向的超聲波殘余 應力測試時，通過微觀組織檢測確定在測量區(qū)域η的超聲波探測范圍中各微觀組織區(qū)域心 所占的比例μ ιη，根據(jù)步驟B中得到的各個微觀組織區(qū)域R1的垂直于焊縫方向的零聲時偏差 值A T'Vl，按照以下公式，求得修正了微觀組織差異影響的所述測量區(qū)域η的垂直于焊縫方 向的零聲時偏差值ATv n; Δ Tvn = Uln Δ Τ'ν?+μ2ηΔ Τ'ν2+···+μLηΔ Τ'Vio10. 根據(jù)權利要求1-9任一所述的一種可修正微觀組織差異影響的超聲波殘余應力測 量方法，其特征在于:所述微觀組織檢測包括硬度試驗檢測，金相觀察，XRD檢測。
【文檔編號】G01L5/00GK106017763SQ201610343184
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月20日
【發(fā)明人】陳輝, 徐力棟, 茍國慶, 朱其猛, 劉艷
【申請人】西南交通大學, 陳輝