CN103528753A - 一种用于拉伸应力定值校准的c形环方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于拉伸应力定值校准的C形环方法，该方法适用于残余应力超声波无损检测系统的现场校准。根据C形环的弹性变形规律，给出校准区域产生的拉伸应力表达式。将拉伸应力值以刻度形式标注在拉力螺杆上，每到一个刻度时，进行超声波应力检测，将每次检测的数值与该处刻度标出的应力值对比，保证了残余应力检测结果的可靠性。

Description

一种用于拉伸应力定值校准的C形环方法

一、技术领域

本发明提出一种用于拉伸应力定值校准的C形环方法，该方法适用于残余应力超声波无损检测系统的现场校准。

二、背景技术

残余应力的无损检测一直受到广泛的关注，超声波法是主要检测方法之一，其主要是利用超声波在被检测材料中声速的变化来反应应力状态。超声波法的理论已经较为成熟，但是根据声弹性原理，超声波法检测的是相对残余应力值，要想实现对绝对残余应力值的检测，需要采取一定方法对检测结果以及检测系统予以校准。

文献检索发现，专利：（姜传海,等.X射线应力测量标定试样的制备方法[P].专利号:CN200510023292.1,2005）公开了一种利用调质、喷丸、腐蚀等一系列工艺来制备应力标定试样的方法。但该方法较为复杂，且是针对X射线法。国内外目前还没有文献针对超声波残余应力检测的校准进行研究。

通过旋紧螺母，调节C形环的外径，可以在校准区域产生不同大小的应力值，用于超声波应力检测仪的现场校准操作。该试样制备简单，操作简便，可从刻度标尺上直接读出应力值，不需要借助应变仪等辅助装置，可以最大程度地保证残余应力检测结果的可靠性。

三、发明内容

本发明的目的是提供了一种用于拉伸应力定值校准的C形环方法。该方法无需借助应变仪等复杂辅助装置，仅通过调节螺母使得C形环产生变形，利用其在校准区域产生的拉应力来校准超声波残余应力检测，为残余应力的准确检测提供了一种新的方法。

本发明的目的是这样实现的，根据C形环的弹性变形规律，给出校准区域产生的拉应力与材料的强度、外径变化量等的关系表达式。将计算得出的应力值通过刻度标注在加力螺杆上，当螺母旋紧到刻度线上时，即可方便读出拉应力的大小。C形环垂直于螺杆方向的一端有一个切口，通过理论推导，给出切口弧度值的计算方法。

四、附图说明

图1C形环平面示意图

图2应力修正系数图

图3C形环校准原理图

五、具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：

如图1所示，当扭紧拉力螺栓时，C形环校准区域受到拉应力作用。按以下公式可以计算得到C形环校准区域所施加拉应力大小：

$\mathrm{\σ}=\frac{4\mathrm{\ΔdE\δ\α}}{{\mathrm{\πD}}^2}---\left(1\right)$

其中：D＝D₁-δ，Δd＝D₁-D₂。

式中：

σ——校准应力，单位为兆帕（MPa）；

Δd——C形环的径向压缩量，单位为毫米（mm）；

E——材料的弹性模量，单位为兆帕（MPa）；

δ——C形环的壁厚，单位为毫米（mm）；

α——应力修正系数；

D——C形环的中径，单位为毫米（mm）；

D₁——加力前C形环的外径，单位为毫米（mm）；

D₂——加力后C形环的外径，单位为毫米（mm）。

C形环切口的弧度θ主要起到2个作用，一是造成C形环外径变化产生应力，二是当应力值达到材料屈服强度时，切口处闭合，从而防止损坏C形环校准装置。按以下公式可以计算得到C形环切口的弧度θ的大小：

$\mathrm{\θ}=\frac{{\mathrm{\π}}^2{\mathrm{\σ}}_{0.2}{D}^2}{{2D}_1\mathrm{E\δ\α}}---\left(2\right)$

式中：

σ_0.2——C形环材料的屈服强度，单位为兆帕（MPa）；

其余变量与方程（1）中的相同。

如图2所示，C形环的外径与壁厚的比值（D₁/δ）与应力修正系数α呈一定的对应关系。一般情况下，其比值最好保持在10～20的范围内，此时的应力修正系数应选取在0.94～0.98之间，具体数值依据试验情况最终确定。

如图3所示，在对超声波应力检测仪进行校准时，先确定被检测材料的应力常数、标定零应力；然后旋动应力调节螺母，每到一个刻度时，进行超声波应力检测。将每次检测的数值与该处刻度标出的应力值对比，若应力偏差≤±10MPa，即认为检测结果是可信的；若应力偏差＞±10MPa，则需要重新对零应力进行标定，并且通过拉伸试验确定被检测材料的应力常数。

Claims (6)

1.一种用于拉伸应力定值校准的C形环方法，其特征在于：旋动C形环的应力调节螺母，可得到不同大小的拉应力值，将拉应力值以刻度形式标注在拉力螺杆上，每到一个刻度时，进行超声波应力检测，将每次检测的数值与该处刻度标出的应力值对比，保证残余应力检测结果的可靠性。

2.根据权利要求1所述C形环，其开口角度可以控制最大拉应力值，以防止损坏C形环装置。开口角度可根据C形环材料的屈服强度和受拉状态下的弹性变形计算得出。

3.根据权利要求1所述的得到不同大小的拉应力值，其数值是通过分析C形环的弹性变形计算得出，计算得出的理论值会与实际应力有一定的误差，可以通过选定应力修正系数来调节。

4.根据权利要求2所述的应力修正系数，对于不同外径与厚度比值（D₁/δ）的C形环装置，其应力修正系数也不同，应力修正系数一般选取在0.94～0.98之间。

5.根据权利要求1所述的超声波应力检测，需要将超声波传感器固定在C形环校准区域，且传感器的声楔块与校准区域表面接触良好。

6.根据权利要求1所述的残余应力检测结果的可靠性，将每次检测的数值与该处刻度标出的应力值对比，若应力偏差≤±10MPa，即认为检测结果是可靠的；若应力偏差＞±10MPa，则需要重新对零应力进行标定，并且通过拉伸试验确定被检测材料的应力常数。

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