CN101710040B - 一种用于无损检测灵敏度试验的表面裂纹试样制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于无损检测技术，涉及一种用于无损检测灵敏度试验的表面裂纹试样制作方法。本发明采用疲劳加载方式制作裂纹缺陷，且操作简便；所制作疲劳裂纹缺陷尺寸小，且属典型裂纹缺陷，因此对于自然裂纹缺陷具有很好的代表性。本发明能成功获得具有自然裂纹大小缺陷的试样，试样的尺寸、形状和裂纹缺陷的走向、位置能符合多数试验要求，制作过程容易控制，其特别适用于磁粉检测中周向磁化检测灵敏度的调整和试验验证，也可推广应用于超声、涡流、渗透三个无损检测专业中表面裂纹检测灵敏度的试验研究。

Description

一种用于无损检测灵敏度试验的表面裂纹试样制作方法

技术领域

本发明属于无损检测技术，涉及一种用于无损检测灵敏度试验的表面裂纹试样制作方法。

背景技术

无损检测作为工件缺陷检测的有效手段，以其非破坏性、方便快捷等特点在现代工业中具有重要地位。在无损检测过程中，检测灵敏度合适与否是缺陷检出的关键之一。确定检测灵敏度参数时，采用理论方法通常难以确保结果可靠，一般需要采用缺陷试样进行检测试验来进一步调整和验证灵敏度参数。理想的缺陷试样应是具有临界尺寸自然缺陷的试样，然而自然缺陷的形成具有较大偶然性，获得该类试样既需要长期积累又需要机缘巧合，这在实验室研究阶段往往不够现实。传统可采用刻槽法、钻孔法等在试样上制作人工缺陷，但上述人工缺陷其尺寸或形状与自然缺陷差异较大，难以真正代表自然缺陷，通常只能用作试验参考或者当量比较，无法真实反映对自然缺陷的检测能力。其它手段如采用热处理开裂法，在材料中人为添加夹杂物等方法，虽可获得一些自然缺陷，但其实施过程难度大，偶然性因素多，形成的缺陷尺寸、形状、走向、位置也难以按照试验需要进行控制。

发明内容

本发明的目的是提出一种克服传统缺陷试样制作方法中缺陷尺寸、形状无法真正代表自然缺陷或制作过程不易控制的不足的一种用于无损检测灵敏度试验的表面裂纹试样制作方法。

本发明的技术解决方案是，试样制作方法采用以下的步骤：

(一)、选取与待检工件材质相同、厚度不小于裂纹试样试验面的宽度的金属板块，在金属板块一侧边缘的中心上加工尖锐缺口，并在尖锐缺口以外的金属板块上根据所需裂纹试样的形状及尺寸留出足够的面积；

(二)、在轴向加载疲劳试验机上，垂直于尖锐缺口延伸方向对缺口两侧施加可使缺口扩张的拉-拉应力周期性疲劳载荷F、F′，使缺口根部出现贯穿整个金属板厚度的开裂，预制出深3～4mm的疲劳裂纹；

(三)、借助磁粉检测或渗透检测方法确定裂纹根部位置；

(四)、用线切割机在尖锐缺口以外部分的金属板块上按照试验所需形状、尺寸切取裂纹试样，线切割机的钼丝与金属板块的板面垂直，根据裂纹根部的位置，确定线切割机在金属板块上切割轨迹，使线切割面与裂纹面相交于一线；

(五)、对所切取出的裂纹试样带有裂纹的侧面进行打磨，根据试验所需裂纹深度调整切取出的裂纹试样的裂纹深度，至满足试验要求；

(六)、将所切取出的试样的带有裂纹的侧面作为试验面，供表面裂纹无损检测灵敏度的试验。

本发明具有的优点和有益效果是：

1、本发明是在力学性能测试领域所采用的疲劳裂纹预制方法及试样加工方法基础上，按照无损检测领域相关要求进行调整，使制作出的试样可很好应用于无损检测灵敏度试验，尤其能应用于磁粉检测中周向磁化检测试验。

2、缺陷制作方式简便，缺陷对于自然缺陷可代表性强。本发明采用疲劳加载方式制作裂纹缺陷，疲劳加载设备在工业试验领域较为常见，且操作简便；所制作疲劳裂纹缺陷尺寸小，且属典型裂纹缺陷，因此对于自然裂纹缺陷具有很好的代表性。

3、制作过程易于控制。在裂纹制作过程中，有多种控制手段可供采用：疲劳裂纹预制阶段，可借助磁粉检测或渗透检测等手段监测所预制裂纹深度。在对试样上裂纹深度进行打磨调整过程中，可借助扫描电镜等方法观测裂纹深度，以确定是否需要继续打磨，也可根据裂纹缺陷对于检测方法的响应情况来确定是否需要继续打磨。

4、试样尺寸、形状可定制，裂纹缺陷的走向、位置符合多数试验要求。本发明利用线切割加工方式制作试样，可根据试验需要灵活制作不同尺寸、形状试样；裂纹缺陷在试样上的走向、位置可满足磁粉检测周向磁化、纵向磁化检测试验的需要，也可推广应用于超声、涡流、渗透三个无损检测专业中表面裂纹检测灵敏度的试验研究。

本发明能成功获得具有自然裂纹大小缺陷的试样，试样的尺寸、形状和裂纹缺陷的走向、位置能符合多数试验要求，制作过程简便、容易控制，对于实验室内开展工件表面裂纹检测的试验研究具有实用价值。其特别适用于磁粉检测中周向磁化检测灵敏度的调整和试验验证，也可推广应用于超声、涡流、渗透三个无损检测专业中表面裂纹检测灵敏度的试验研究。

附图说明

图1是本发明实施例一表面带裂纹试样制作方法图解示意图；

图2是本发明实施例二表面带裂纹试样制作方法图解示意图。

具体实施方式

试样制作方法采用以下的步骤：

(一)、选取与待检工件材质相同、厚度不小于裂纹试样试验面的宽度的金属板块，在金属板块一侧边缘的中心上加工尖锐缺口1，并在尖锐缺口1以外的金属板块上根据所需裂纹试样的形状及尺寸留出足够的面积；

(二)、在轴向加载疲劳试验机上，垂直于尖锐缺口1延伸方向对缺口两侧施加可使缺口扩张的拉-拉应力周期性疲劳载荷F、F′，使缺口根部出现贯穿整个金属板厚度的开裂，预制出深3～4mm的疲劳裂纹；

(三)、借助磁粉检测或渗透检测方法确定裂纹根部位置；

(四)、用线切割机在尖锐缺口1以外部分的金属板块上按照试验所需形状、尺寸切取裂纹试样，线切割机的钼丝与金属板块的板面垂直，根据裂纹根部的位置，确定线切割机在金属板块上切割轨迹，使线切割面3与裂纹面2相交于一线4；

(五)、对所切取出的裂纹试样带有裂纹5的侧面6进行打磨，根据试验所需裂纹深度调整切取出的裂纹试样的裂纹5深度，至满足试验要求；

(六)、将所切取出的试样的带有裂纹5的侧面6作为试验面，供表面裂纹无损检测灵敏度的试验。

在导致工件失效的裂纹类缺陷当中，疲劳裂纹由于尺寸小且破坏

力颇大，因此对于自然裂纹缺陷具有很好的代表性。同时，在常见的疲劳加载设备上，如能采用特殊方法和步骤，应可获得其尺寸、形状、走向、位置均满足无损检测灵敏度试验要求的疲劳裂纹缺陷。

根据以上分析，本发明结合现有力学性能分析用疲劳加载试验机的相关特点，并在常规力学性能测试方法基础上加以调整，制定出以下技术解决方案制作试样：采用与待检工件相同材质的金属板块，金属板块的厚度将对应于裂纹试样试验面的宽度，其大小应以满足试验要求为准。在金属板块上加工开口于其边缘的尖锐缺口，缺口所在区域以外的金属板块应根据所需裂纹试样的外形尺寸(对于环形试样，即指其外圆轮廓所围成区域的大小；对于方形试样，即指试样的高度和试验面的长度所围成区域的大小；对于其它形状试样道理相同)留出足够面积。在轴向加载疲劳试验机上，垂直于缺口延伸方向，对缺口两侧施加可使缺口扩张的拉-拉应力周期性疲劳载荷，使缺口根部出现贯穿整个金属板厚度的开裂，预制出一定深度疲劳裂纹。为方便进一步制作试样，缺口根部所预制疲劳裂纹的深度应足够大，一般达到3～4mm即可。缺口根部所预制疲劳裂纹的深度可在缺口根部附近的金属板块板面上，借助磁粉检测或渗透检测等手段大致观测。待金属板块缺口根部预制出疲劳裂纹后，可用线切割在缺口以外部分的金属板块上按照试验所需形状(如环形、方形等)、尺寸切取试样。用线切割切取试样时，线切割面与预制的裂纹面相交于一线4，从而在所切取试样的侧面保留一定深度的裂纹；钼丝应与金属板块的板面相垂直，以确保在所切取试样的侧面留出深度均匀的裂纹，同时也可保证裂纹走向合适(对于环形试样，即可保证其外圆表面的裂纹的走向与环形试样圆周方向相垂直；对于方形试样，即可使其表面裂纹的走向与其长度方向相垂直。以磁粉检测为例，以上环形、方形试样将依次分别符合周向磁化、纵向磁化检测试验的理想要求)。所切取试样的侧面即裂纹所在面具有足够的宽度和面积，对其进行打磨，以对裂纹深度进行调整后可作为试验面，供表面裂纹无损检测灵敏度的试验研究。在对试样上裂纹所在面进行打磨，以调整其裂纹深度的过程中，可借助扫描电镜等方法，通过观察裂纹的横断面来确定裂纹深度是否合适，也可根据裂纹缺陷对于检测方法的响应情况来确定裂纹深度是否合适。

实施例一

为某钢种确定磁粉检测周向磁化规范，目标是要检出该钢种表面上深度为0.1mm的疲劳裂纹。

对该钢种进行周向磁化检测试验，以确定其周向磁化规范。周向磁化检测试验要求试样上带有垂直于其圆周方向的表面裂纹缺陷。

选取与该钢种材质相同，长、宽均为100mm，厚度为20mm的方形金属板块，在金属板块一侧边缘的中心上加工尖锐缺口。尖锐缺口开口深度为40mm，最小开口宽度为0.12mm，在缺口下方的金属板块上留出100mm×60mm的面积。

在轴向加载疲劳试验机上对缺口两侧施加载荷，使缺口根部出现贯穿整个金属板厚度的开裂，预制出深度约3mm的疲劳裂纹。借助磁粉检测或渗透检测方法确定裂纹根部位置，然后用线切割机在尖锐缺口下方切取外径为55mm，内径为14mm，宽为20mm的一个环形试样，线切割机的钼丝与金属板块的板面垂直，切取环形试样外圆的线切割轨迹根据裂纹根部位置与裂纹面相交于一线，在环形试样外圆表面保留深度约1mm裂纹，该裂纹方向与试样圆周方向垂直。

对所切取出的环形试样带有裂纹的侧面进行打磨，其间借助扫描电镜监测裂纹深度，最终调整切取出的环形试样的裂纹深度至0.1mm，以满足试验要求。

将所切取出的环形试样的带有裂纹的侧面作为试验面，进行磁粉检测周向磁化检测灵敏度的试验，结果如表1所示。根据试验结果，确定该钢种磁粉检测周向磁化规范为I＝15D～20D(I为电流，I单位为安培，D为被检工件外径，D单位为毫米)，以确保裂纹缺陷能够检出。

表1环形试样周向磁化检测灵敏度试验结果

电流	裂纹能否检出
		I＝5D	不能
I＝10D	能，但显示不清晰
		I＝15D	能，显示较清晰
I＝20D	能，显示十分清晰

注：表1中I为电流，I单位为安培；D为试样外径，D单位为毫米。

实施例二

通过试验确定某钢种在磁粉检测纵向磁化时可检测出的最小裂纹深度尺寸。

开展纵向磁化检测试验。纵向磁化检测试验要求试样上带有垂直于其长度方向的表面裂纹缺陷。

选取与该钢种材质相同，长、宽均为70mm，厚度为15mm的方形金属板块，在金属板块一侧边缘的中心上加工尖锐缺口。尖锐缺口开口深度为50mm，最小开口宽度为0.12mm，在缺口下方的金属板块上留出70mm×20mm的面积。

在轴向加载疲劳试验机上对缺口两侧施加载荷，使缺口根部出现贯穿整个金属板厚度的开裂，预制出深度约3mm的疲劳裂纹。借助磁粉检测或渗透检测方法确定裂纹根部位置，然后用线切割机在尖锐缺口下方切取长为70mm，宽为15mm，高为18mm的一个方形试样，线切割机的钼丝与金属板块的板面垂直，切取方形试样的线切割轨迹位于裂纹根部上方，与裂纹面相交于一线，在方形试样宽度方向的外表面保留深度小于1mm裂纹，该裂纹方向与方形试样长度方向垂直。

对所切取出的方形试样带有裂纹的侧面进行磨光，然后作为试验面，进行磁粉检测纵向磁化检测试验，并记录检测结果。此后，对方形试样的试验面打磨0.01毫米，进行第二次检测，然后再打磨0.01毫米，进行第三次检测……，如此循环往复，直至方形试样上的裂纹不能被检测出。待方形试样上的裂纹不能被检测出时，用扫描电镜测得此时方形试样上裂纹的残余深度为0.025毫米，将之与最近一次打磨深度0.01毫米相加，可得所试验钢种在磁粉检测纵向磁化时可检测出的最小裂纹深度尺寸为0.035毫米。表2给出方形试样纵向磁化检测灵敏度的试验结果。

表2方形试样纵向磁化检测灵敏度试验结果

检测试验	裂纹能否检出
		试验面磨光后进行第一次检测	能，清晰
对试验面第一次打磨后进行第二次检测	能，清晰
		对试验面第二次打磨后进行第三次检测	能，显示较清晰
对试验面第三次打磨后进行第四次检测	能，显示模糊
		对试验面第四次打磨后进行第五次检测	不能

注：表2中每一次打磨深度均为0.01毫米；第五次检测后用扫描电镜测得方形试样上裂纹的残余深度为0.025毫米。

Claims (1)

1.一种用于无损检测灵敏度试验的表面裂纹试样制作方法，其特征在于，试样制作方法采用以下的步骤：

(一)、选取与待检工件材质相同、厚度不小于裂纹试样试验面的宽度的金属板块，在金属板块一侧边缘的中心上加工尖锐缺口(1)，并在尖锐缺口(1)以外的金属板块上根据所需裂纹试样的形状及尺寸留出足够的面积；

(二)、在轴向加载疲劳试验机上，垂直于尖锐缺口(1)延伸方向对缺口两侧施加可使缺口扩张的拉-拉应力周期性疲劳载荷(F、F′)，使缺口根部出现贯穿整个金属板厚度的开裂，预制出深3～4mm的疲劳裂纹；

(三)、借助磁粉检测或渗透检测方法确定裂纹根部位置；

(四)、用线切割机在尖锐缺口(1)以外部分的金属板块上按照试验所需形状、尺寸切取裂纹试样，线切割机的钼丝与金属板块的板面垂直，根据裂纹根部的位置，确定线切割机在金属板块上切割轨迹，使线切割面(3)与裂纹面(2)相交于一线(4)；

(五)、对所切取出的裂纹试样带有裂纹(5)的侧面(6)进行打磨，根据试验所需裂纹深度调整切取出的裂纹试样的裂纹(5)深度，至满足试验要求；

(六)、将所切取出的试样的带有裂纹(5)的侧面(6)作为试验面，供表面裂纹无损检测灵敏度的试验。

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