用于宏观面外变形平板焊件的超声波残余应力测试方法技术

一种用于宏观面外变形平板焊件的超声波残余应力测试方法，步骤如下：A1、在平板焊件的待测区域内粘贴应变片，应变片所测试应变方向与将要进行的超声波残余应力测试的超声波传播方向一致；A2、施加外力使平板焊件的宏观面外变形消失并维持平整状态；A3、读取待测区域内应变片测得的应变值ε，计算待测区域消除反变形产生的力σw，σw＝Eε，E为平板焊件材料在应变测试方向的弹性模量；A4、清除待测区域上的应变片，对待测区域进行超声波残余应力测试，得到残余应力测量值σc；A5、根据待测区域消除反变形产生的力σw和残余应力测量值σc，确定平板焊件待测区域的实际残余应力值σ，σ＝σc-σw。该方法可以显著提高超声波对存在宏观面外变形平板焊件的残余应力测试精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种解决平板焊件的宏观面外形导致超声波耦合状态以及传播路径变化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。
技术介绍
搅拌摩擦焊是利用摩擦热与塑性变形热作为焊接热源，由一个圆柱体或其他形状(如带螺纹圆柱体)的搅拌针伸入工件的接缝处，通过焊头的高速旋转，使其与焊接工件材料摩擦，从而使连接部位的材料温度升高软化。搅拌摩擦焊接属于非熔化焊接，具有焊后无余高，焊接缺陷较少，焊缝成型良好，焊缝强度可达到母材强度，可实现异种材料焊接等优点，在航空航天、轨道车辆、船舶制造行业等有着广泛的应用。平板件的焊接最常用的方式为单轴肩搅拌摩擦焊接。在单轴肩搅拌摩擦焊过程中，由于平板焊件上下面的残余应力状态差异较大，常会引起平板焊件的宏观面外变形。搅拌摩擦焊接残余应力分布状态的无损评定，对搅拌摩擦焊接变形以及残余应力状态控制调整具有重要意义。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。根据超声波与待测样残余应力之间的关系，可以对待测样的残余应力进行测试。使用最为广泛的超声波为临界折射纵波，当纵波探头以一定角度斜射入测试平面时，会折射出平行于测试平面的纵波，该纵波称为临界折射纵波。目前临界折射纵波多用于对平面工件的残余应力测试，对于有较为明显的宏观变形面，即具有一定曲率的平面残余应力测试，主要存在以下问题:1、固定超声波的楔块与测试平面不能良好贴合;2、临界折射纵波不能沿着平行表面传播，实际传播路径与名义传播路径具有较为明显差异。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种。该方法可以解决固定超声波楔块在焊件的测试平面耦合状态差，超声波实际传播路径与名义路径差异问题，可以显著提高超声波对存在宏观面外变形平板焊件的残余应力测试精度。本专利技术实现其专利技术目的所采取的技术方案是:一种，其步骤如下:Al、在平板焊件的待测区域内粘贴应变片，应变片所测试的应变方向与将要进行的超声波残余应力测试的超声波传播方向一致；A2、施加外力使平板焊件的宏观面外变形消失并维持平整状态；A3、读取待测区域内应变片测得的应变值ε，计算待测区域消除反变形产生的力ow，Ow=Ee，其中E为平板焊件材料在应变测试方向的弹性模量；A4、清除待测区域上的应变片，对待测区域进行超声波残余应力测试，得到平板焊件处于平整状态时待测区域的残余应力测量值σ。；A5、根据A3步得到的待测区域消除反变形产生的力0jPA4步得到的待测区域的残余应力测量值σ。，确定平板焊件待测区域的实际残余应力值σ，σ = 0。-?。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是:搅拌摩擦焊接由于焊接上下面的应力状态差异较大，容易出现较为明显的宏观面外变形，形成带有一定曲率的测试面。对固定超声波楔块与测试面的耦合状态产生较为明显的影响，以及测试形成的测试平面容易导致超声波的实际传播距离与名义距离存在较为明显差异。本专利技术首先对需要进行超声波残余应力的焊接特征区域(待测区域)粘贴应变片，然后通过施加外载荷消除平板焊件的宏观面外变形，变形消除后，根据应变片测得的应变值确定消除反变形产生的力，然后清除应变片并清洗测试平面，再用超声波对待测区域进行残余应力测试，再根据残余应力测试值，反推出平板焊件的实际应力状态。上述方法解决了固定超声波楔块在测试平面耦合状态差，超声波实际传播路径与名义路径差异问题，显著提高了超声波对存在宏观面外变形平板焊件的残余应力测试精度。进一步，本专利技术所述平板焊件的待测区域为需要进行超声波残余应力测试的焊接特征区域。更进一步，本专利技术所述平板焊件的待测区域的宽度为5-15mm，长度为30-70mm。这样，可以保证平板焊件每个待测区域与在超声波残余应力测试中超声波传播的区域相一致，即消除反变形产生的力?对应的待测区域与残余应力测量值σ。对应的待测区域基本一致，从而保证最后得到的待测区域实际残余应力值的准确性。再进一步，本专利技术所述在平板焊件的每个待测区域内粘贴的应变片不少于4个，步骤A3中读取待测区域内应变片测得的应变值ε是待测区域内所有应变片测得的平均应变值。通过多个应变片测得的应变值计算平均应变值，可以保证计算待测区域消除反变形产生的力0?的准确性。再进一步，本专利技术所述步骤Α2施加外力使平板焊件的宏观面外变形消失并维持平整状态的具体操作是:将平板焊件放到平整试样台，通过刚性夹具施加外力，减少平板焊件由于焊接产生的宏观面外变形，通过三坐标测量仪检测平板焊件的平整度，根据三坐标测量仪检测结果，调动刚性夹具，使宏观面外变形完全消失，使平板焊件处于完全平整的状??τ O这样，可以完全消除平板焊件待测区域的宏观面外变形，使之处于平整状态，保证得到的待测区域消除反变形产生的力0|的准确性，也同时使Α4步进行超声波残余应力测试时超声波楔块与焊件的测试平面之间耦合状态良好，保证测试的精确度。再进一步，本专利技术所述步骤A3中所用的平板焊件材料在应变测试方向的弹性模量E的测量方法为:根据待测平板焊件材料加工弹性模量测试样，且弹性模量测试样长度方向与所述应变测试方向一致，通过拉伸标定方式测量测试样的弹性模量。这样，能准确测试出平板焊件材料在应变测试方向的弹性模量，进一步保证最终得到的测试区域实际残余应力的准确性。下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术做进一步详细描述。【附图说明】图1为本专利技术实施例中经过搅拌摩擦焊焊接后存在宏观面外变形的平板焊件截面示意图。图2为本专利技术实施例划分好待测区域的平板焊件俯视示意图。图3为本专利技术实施例对平板焊件的待测区域进行超声波残余应力测试的测试点分布示意图。图4为本专利技术实施例步骤Al在每个待测区域内粘贴应变片的平板焊件俯视示意图。图5为本专利技术实施例步骤A2施加载荷消除平板焊件的宏观面外变形示意图。图6为本专利技术实施例通过盲孔法测量平板焊件待测区域的测试点分布示意图。图7为本专利技术实施例通过不同方法测得的残余应力值对比图。【具体实施方式】实施例本专利技术的一种【具体实施方式】是:一种用于宏观面外变形的平板焊件的超声波残余应力测试方法，其步骤如下:Al、在平板焊件的待测区域内粘贴应变片，应变片所测试的应变方向与将要进行的超声波残余应力测试的超声波传播方向一致；A2、施加外力使平板焊件的宏观面外变形消失并维持平整状态；A3、读取待测区域内应变片测得当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于宏观面外变形平板焊件的超声波残余应力测试方法，其步骤如下：A1、在平板焊件的待测区域内粘贴应变片，应变片所测试的应变方向与将要进行的超声波残余应力测试的超声波传播方向一致；A2、施加外力使平板焊件的宏观面外变形消失并维持平整状态；A3、读取待测区域内应变片测得的应变值ε，计算待测区域消除反变形产生的力σw，σw＝Eε，其中E为平板焊件材料在应变测试方向的弹性模量；A4、清除待测区域上的应变片，对待测区域进行超声波残余应力测试，得到平板焊件处于平整状态时待测区域的残余应力测量值σc；A5、根据A3步得到的待测区域消除反变形产生的力σw和A4步得到的待测区域的残余应力测量值σc，确定平板焊件待测区域的实际残余应力值σ，σ＝σc‑σw。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：苟国庆，朱其猛，陈佳，陈辉，朱忠尹，马传平，刘艳，覃超，安江丽，祝鹏飞，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川;51