CN105716760B - 一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法 - Google Patents

一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出一种可修正晶粒度差异影响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。所述测试方法是首先建立晶粒度与纵波信号衰减度、与临界折射纵波在零应力样中传播时间、与声弹性系数的关系数据库；在进行残余应力测试时，先确定测试区域的纵波信号衰减度，再根据衰减度确定晶粒度计算值，进一步计算测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间和声弹性系数，最终可得到修正后残余应力。所述测试方法可修正由于焊接不同区域晶粒度对声弹性系数，超声波在零应力样中传播时间产生的误差，可显著提高超声波测残余应力的精度。

Description

一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法
技术领域
本发明涉及一种可修正晶粒度差异影响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。
背景技术
焊接是工业生产中最重要的一种连接方式，焊接质量决定着焊接产品质量，由于焊接残余应力过大引起的焊接接头破坏是最主要的焊接破坏。焊接接头的残余应力无损检测对生产实践中优化焊接工艺具有非常重要的指导作用。残余应力的无损检测方法主要有中子衍射法、同步辐射法、磁粉法、X射线衍射法和超声波检测法。其中，中子衍射法、同步辐射法设备昂贵，测试成本高，难以用于生产实践中在线检测焊接残余应力；磁粉法残余应力测试只能用于磁性测量的测试，重复性较差；X射线对残余应力的测试只能测试几十个微米厚度，对待测样的表面质量要求较高，受到表面的质量状态影响较大。超声波法是近几年来发展最快的残余应力无损检测方法，具有可以测试深度方向的二维焊接残余应力、测试速度快、无辐射、设备轻便、成本较低等优点。
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。依据声弹性原理，若超声波收发换能器距离固定，测得超声波在零应力样(应力记为σ0)中的传播时间t0和超声波在待测样中的超声传播时间t，根据声时差可求出待测样的残余应力值σ，即：σ-σ0＝A(t－t0)，A与材料的自身性质以及收发探头距离决定，通过单向拉伸标定。
但是，不仅待测样中的残余应力会对影响超声波的传播速度，待测样中的微观组织也会对超声波的传播速度产生影响。由于焊接温度场不同，焊件上会形成焊缝区域(FZ)、热影响区域(HAZ)和母材区域(BM)，这些区域的微观组织存在较大差异。有些较大的微观组织差异对超声波传播速度的影响甚至与焊接残余应力对超声波传播速度的影响在同一个数量级，严重影响超声波残余应力测试方法的测试精度，限制了超声波残余应力测试法的发展。因此，如何在超声波残余应力测试法中将微观组织对超声波传播速度的影响和残余应力对超声波传播速度的影响分开，是一个亟需解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法的超声波残余应力测试方法，其可修正由于焊缝区域、热影响区域以及母材区域晶粒度对声弹性系数k，超声波在零应力样中传播时间t0所产生的巨大误差，可显著提高超声波对焊接接头残余应力的测试精度。
本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法，其步骤如下：
A、准备晶粒度测试样
A1、平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组，记为N1组，N2组…Nn-1组，Nn组，每组拉伸样包括相同拉伸样ra根；
A2、对N1组拉伸样不做任何处理，对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理、同一组中的拉伸样热处理条件相同，具体的热处理条件是：N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时，N3组拉伸样在温度Ta℃保温ha+Δha小时……Nn-1组拉伸样在温度Ta℃保温ha+Δha(n-1-2)小时，Nn组拉伸样在温度Ta℃保温ha+Δha(n-2)小时，即得到N1-Nn组晶粒度测试样，其中Δha为相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数；N2-Nn组晶粒度测试样经过热处理，可认为是零应力状态；
A3、对N1-Nn组晶粒度测试样进行金相处理，通过显微镜或电子背散射衍射计算出经过金相处理的N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样的晶粒度，并分别取N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样的晶粒度平均值，分别记为U1，U2，U3……Un-1，Un；
B、建立晶粒度与纵波信号衰减度的关系数据库
B1、使用纵波平探头对N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样分别进行衰减度测试，计算出N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样的纵波信号衰减度平均值，分别记为M1，M2，M3……Mn-1，Mn；
B2、根据N2-Nn组各组晶粒度测试样的纵波信号的衰减度平均值(M2，M3……Mn-1，Mn)，与N2-Nn组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U2，U3……Un-1，Un)，利用最小二乘法建立晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，U＝f(M)；将N1组所有晶粒度测试样的纵波信号衰减度平均值M1带入U＝f(M)，算出N1组晶粒度测试样的晶粒度计算值U1’；将N1组晶粒度测试样的晶粒度计算值U1’与A3得到的N1组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U1进行对比，如果误差在δ1％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库U＝f(M)有效；如果误差大于δ1％，重新按照A1-A3准备晶粒度测试样品，并按照B1-B2建立晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，直到满足误差要求；
C、建立晶粒度与临界折射纵波在零应力样中传播时间的关系数据库
C1、分别对N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样进行临界折射纵波速度采集，得到临界折射纵波在N1-Nn组各组晶粒度测试样的平均传播速度，记为V10，V20，V30……V(n-1)0，Vn0，并根据超声波收发换能器间的距离L，计算出临界折射纵波在N1-Nn组各组晶粒度测试样的平均传播时间，即为临界折射纵波在不同晶粒尺寸的零应力晶粒度测试样中的平均传播时间，记为T10，T20，T30……T(n-1)0，Tn0；
C2、根据临界折射纵波在N2-Nn组各组晶粒度测试样的平均传播时间(T20，T30……T(n-1)0，Tn0)，与N2-Nn组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U2，U3……Un-1，Un)，利用最小二乘法建立晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库，将N1组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U1带入算出临界折射纵波在N1组晶粒度测试样的传播时间计算值T10’；将临界折射纵波在N1组晶粒度测试样的传播时间计算值T10’与临界折射纵波在N1组晶粒度测试样的实际平均传播时间T10进行对比，如果误差在δ2％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库有效；如果误差大于δ2％，重新按照A1-A3准备晶粒度测试样品，并按照C1-C2建立晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库，直到满足误差要求；
D、建立晶粒度与声弹性系数的关系数据库
D1、分别对N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样进行声弹性系数拉伸标定，得到N1-Nn组各组晶粒度测试样的平均声弹性系数，记为K1，K2，K3……Kn-1，Kn；
D2、根据N2-Nn组各组晶粒度测试样的平均声弹性系数(K2，K3……Kn-1，Kn)，与N2-Nn组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U2，U3……Un-1，Un)，利用最小二乘法建立晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，k＝α(U)，将N1组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U1带入k＝α(U)，算出N1组晶粒度测试样的声弹性系数计算值K1’，将N1组晶粒度测试样的声弹性系数计算值K1’与N1组晶粒度测试样的实际平均声弹性系数K1进行对比，如果误差在δ3％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库k＝α(U)有效；如果误差大于δ3％，重新按照A1-A3准备晶粒度测试样品，并按照D1-D2建立晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，直到满足误差要求；
E、测试待测焊件焊接接头的焊接残余应力
E1、布置待测焊件的超声波残余应力测试区域，所述测试区域包括焊缝区域、热影响区域和母材区域；
E2、使用纵波平探头对待测焊件的测试区域进行衰减度测试，计算出测试区域的纵波信号衰减度，记为Mc；
E3、调用B步建立的晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，U＝f(M)，计算出测试区域的晶粒度计算值Uc，Uc＝f(Mc)；
E4、调用C步建立的晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库，计算出测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间tc0，
E5、调用D步建立的晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，k＝α(U)，计算出测试区域的声弹性系数kc，kc＝α(Uc)
E6、采集待测焊件的测试区域的临界折射纵波速度vc，并根据超声波收发换能器间的距离L，得到临界折射纵波在测试区域的传播时间tc＝L/vc；
E7、根据E4步得到的测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间tc0、E5步得到的测试区域的声弹性系数kc和E6步得到的临界折射纵波在测试区域的传播时间tc，计算待测焊件测试区域的焊接残余应力σc：
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
晶粒度是一种重要的材料的微观特性，对材料的声弹性系数和临界折射纵波在所述材料的零应力样中传播时间影响很大。本发明通过建立晶粒度与纵波信号衰减度的关系数据库U＝f(M)、晶粒度与临界折射纵波在零应力样中传播时间的关系数据库和晶粒度与声弹性系数的关系数据库k＝α(U)，从而消除晶粒度对声弹性系数k和临界折射纵波初始传播时间t0影响，显著提高超声波对焊接接头残余应力的测试精度。
进一步，本发明所述步骤A1中平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组的组数n不小于4。
拉伸试样组数小于4，数据量较小，容易受到偶然误差的影响，拉伸样组数n越高，越容易降低偶然误差影响。
进一步，本发明所述步骤A1中平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组，每组拉伸样包括的拉伸样根数ra不小于3。
每组拉伸样的实验结果最终会被计算成平均值，小于3的数据量同样容易受到偶然误差影响，大于3的拉伸样可以去掉离散性较大的样，同时保证剩余数据量相对充足。
进一步，本发明所述步骤A2中对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理，N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时中的保温温度Ta℃为所测试拉伸样材料的晶粒长大温度，如铝合金为350-550℃，45号钢大于1200°。
高于等于晶粒长大温度进行保温，可以相对较快时间保证晶粒长大，提高实验效率。
进一步，本发明所述步骤A2中对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理，N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时中的保温时间ha小时的保温小时数ha为能够保证N2组拉伸样得到均匀晶粒度所需的时间，铝合金为0.2-0.5h。。
拉伸样具有一定厚度，保温时间太短容易造成拉伸样内外部晶粒度差异较大，足够的保温时间ha使拉伸样内外部晶粒度相对一致。
进一步，本发明所述步骤A2中相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数Δha为能够保证相邻两组拉伸样间存在10-30％的晶粒度差异的时间，铝合金为0.2-0.3h。
相邻拉伸样之间的晶粒度太小，实验的测试的结果有可能会被偶然因素覆盖，10-30％的较高晶粒度差异足以避免偶然因素对实验结果影响。
进一步，本发明所述步骤B2中验证晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库U＝f(M)是否有效设置的误差值δ1％为5-10％。
U＝f(M)关系数据库将用于后期对超声波应力测试的修正，如果关系数据库存在较大误差，会降低修正效果的可靠性，5-10％的误差为目前通过衰减度表征晶粒度较低的表征误差。
进一步，本发明所述步骤C2中验证晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库是否有效设置的误差值δ2％为5-10％。
关系数据库将用于后期对超声波应力测试的修正，如果关系数据库存在较大误差，会降低修正效果的可靠性，5-10％的误差相对较小不会降低修正结果的可靠性。
进一步，本发明所述步骤D2中验证晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库k＝α(U)是否有效设置的误差值δ3％为5-15％。
k＝α(U)关系数据库将用于后期对超声波应力测试的修正，如果关系数据库存在较大误差，会降低修正效果的可靠性，5-15％的误差相对较小不会降低修正结果的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例一验证试验中测试区域的分布示意图
图2为本发明实施例一验证试验的测试结果对比图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
本发明的一种具体实施方式是：一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法，其步骤如下：
A、准备晶粒度测试样
A1、平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组，记为N1组，N2组…Nn-1组，Nn组，每组拉伸样包括相同拉伸样ra根；
A2、对N1组拉伸样不做任何处理，对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理、同一组中的拉伸样热处理条件相同，具体的热处理条件是：N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时，N3组拉伸样在温度Ta℃保温ha+Δha小时……Nn-1组拉伸样在温度Ta℃保温ha+Δha(n-1-2)小时，Nn组拉伸样在温度Ta℃保温ha+Δha(n-2)小时，即得到N1-Nn组晶粒度测试样，其中Δha为相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数；N2-Nn组晶粒度测试样经过热处理，可认为是零应力状态；
A3、对N1-Nn组晶粒度测试样进行金相处理，通过显微镜或电子背散射衍射计算出经过金相处理的N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样的晶粒度，并分别取N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样的晶粒度平均值，分别记为U1，U2，U3……Un-1，Un；
B、建立晶粒度与纵波信号衰减度的关系数据库
B1、使用纵波平探头对N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样分别进行衰减度测试，计算出N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样的纵波信号衰减度平均值，分别记为M1，M2，M3……Mn-1，Mn；
B2、根据N2-Nn组各组晶粒度测试样的纵波信号的衰减度平均值(M2，M3……Mn-1，Mn)，与N2-Nn组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U2，U3……Un-1，Un)，利用最小二乘法建立晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，U＝f(M)；将N1组所有晶粒度测试样的纵波信号衰减度平均值M1带入U＝f(M)，算出N1组晶粒度测试样的晶粒度计算值U1’；将N1组晶粒度测试样的晶粒度计算值U1’与A3得到的N1组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U1进行对比，如果误差在δ1％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库U＝f(M)有效；如果误差大于δ1％，重新按照A1-A3准备晶粒度测试样品，并按照B1-B2建立晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，直到满足误差要求；
C、建立晶粒度与临界折射纵波在零应力样中传播时间的关系数据库
C1、分别对N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样进行临界折射纵波速度采集，得到临界折射纵波在N1-Nn组各组晶粒度测试样的平均传播速度，记为V10，V20，V30……V(n-1)0，Vn0，并根据超声波收发换能器间的距离L，计算出临界折射纵波在N1-Nn组各组晶粒度测试样的平均传播时间，即为临界折射纵波在不同晶粒尺寸的零应力晶粒度测试样中的平均传播时间，记为T10，T20，T30……T(n-1)0，Tn0；
C2、根据临界折射纵波在N2-Nn组各组晶粒度测试样的平均传播时间(T20，T30……T(n-1)0，Tn0)，与N2-Nn组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U2，U3……Un-1，Un)，利用最小二乘法建立晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库，将N1组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U1带入算出临界折射纵波在N1组晶粒度测试样的传播时间计算值T10’；将临界折射纵波在N1组晶粒度测试样的传播时间计算值T10’与临界折射纵波在N1组晶粒度测试样的实际平均传播时间T10进行对比，如果误差在δ2％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库有效；如果误差大于δ2％，重新按照A1-A3准备晶粒度测试样品，并按照C1-C2建立晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库，直到满足误差要求；
D、建立晶粒度与声弹性系数的关系数据库
D1、分别对N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样进行声弹性系数拉伸标定，得到N1-Nn组各组晶粒度测试样的平均声弹性系数，记为K1，K2，K3……Kn-1，Kn；
D2、根据N2-Nn组各组晶粒度测试样的平均声弹性系数(K2，K3……Kn-1，Kn)，与N2-Nn组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U2，U3……Un-1，Un)，利用最小二乘法建立晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，k＝α(U)，将N1组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U1带入k＝α(U)，算出N1组晶粒度测试样的声弹性系数计算值K1’，将N1组晶粒度测试样的声弹性系数计算值K1’与N1组晶粒度测试样的实际平均声弹性系数K1进行对比，如果误差在δ3％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库k＝α(U)有效；如果误差大于δ3％，重新按照A1-A3准备晶粒度测试样品，并按照D1-D2建立晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，直到满足误差要求；
E、测试待测焊件焊接接头的焊接残余应力
E1、布置待测焊件的超声波残余应力测试区域，所述测试区域包括焊缝区域、热影响区域和母材区域。
E2、使用纵波平探头对待测焊件的测试区域进行衰减度测试，计算出测试区域的纵波信号衰减度，记为Mc；
E3、调用B步建立的晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，U＝f(M)，计算出测试区域的晶粒度计算值Uc，Uc＝f(Mc)；
E4、调用C步建立的晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库，计算出测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间tc0，
E5、调用D步建立的晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，k＝α(U)，计算出测试区域的声弹性系数kc，kc＝α(Uc)
E6、采集待测焊件的测试区域的临界折射纵波速度vc，并根据超声波收发换能器间的距离L，得到临界折射纵波在测试区域的传播时间tc＝L/vc；
E7、根据E4步得到的测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间tc0、E5步得到的测试区域的声弹性系数kc和E6步得到的临界折射纵波在测试区域的传播时间tc，计算待测焊件测试区域的焊接残余应力σc：
本例中所述步骤A1中平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组的组数n为6。所述步骤A1中平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组，每组拉伸样包括的拉伸样根数ra为5。所述步骤A2中对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理，N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时中的保温温度Ta℃为所测试拉伸样材料的晶粒长大温度。所述步骤A2中对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理，N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时中的保温时间ha小时的保温小时数ha为能够保证N2组拉伸样得到均匀晶粒度所需的时间。所述步骤A2中相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数Δha为能够保证相邻两组拉伸样间存在20％的晶粒度差异的时间。所述步骤B2中验证晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库U＝f(M)是否有效设置的误差值δ1％为7％。所述步骤C2中验证晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库是否有效设置的误差值δ2％为8％。所述步骤D2中验证晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库k＝α(U)是否有效设置的误差值δ3％为10％。
本发明的使用效果可以通过以下试验得到验证和说明：
选取材料为铝合金A7N01S-T5，按照本实施例建立晶粒度与纵波信号衰减度的关系数据库、晶粒度与临界折射纵波在零应力样中传播时间的关系数据库、晶粒度与声弹性系数的关系数据库。在所述A2中对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理，N2组拉伸样在温度350℃保温0.25小时，所述步骤A2中相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数Δha为0.25小时。
选取铝合金A7N01S-T5，尺寸为700*250mm的相同的两块焊接试板(所有的焊接参数均相同)，按照图1在两块焊接试板上布置测试区域，所述测试区域包括焊缝区域A、热影响区域B和母材区域C。图中，黑点s1为超声波残余应力测试区域中心，圆圈s2表示盲孔法残余应力测试区域中心，图的右侧为局部放大部分。对其中一块焊接试板，先用传统的超声波残余应力测试法测试焊接试板上各个超声波残余应力测试区域中心s1的残余应力(图2中标识为单LCR波测试)，再用本实施例方法限测试各个超声波残余应力测试区域中心s1的残余应力(图2中标识为晶粒度修正)。对另一块焊接试板，用盲孔法测试盲孔法残余应力测试区域中心s2的残余应力(图2中标识为盲孔法测试)。测试结果如图2所示，传统的超声波残余应力测试法得到的在焊缝区域、热影响区域的测试结果与盲孔法具有非常大的差异，在远离焊缝的母材区域测试结果差异性较小，这是由于传统的超声波残余应力测试法在计算残余应力时，采用母材的声弹性系数和超声波零应力样中传播时间，而焊缝区域和热影响区域与母材区域之间的晶粒度存在非常大的差异性。而使用本实施例的测试方法，得到的焊缝区域、热影响区域以及母材区域的残余应力测试结果，均与盲孔法的差异性较小，这是由于本发明方法在计算残余应力时，采用的声弹性系数和超声波零应力样中传播时间是根据晶粒度而定，有效修正了焊缝区域、热影响区域和母材区域的晶粒度对声弹性系数，超声波在零应力样中传播时间所产生的巨大误差，可显著提高超声波对焊接接头残余应力的测试精度。
实施例二
本实施例的超声波残余应力测试方法与实施例一基本相同，仅仅是步骤中参数的选择不同，本实施例中各个步骤参数的选择如下：
本例中所述步骤A1中平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组的组数n为5。所述步骤A1中平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组，每组拉伸样包括的拉伸样根数ra为4。所述步骤A2中对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理，N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时中的保温温度Ta℃为所测试拉伸样材料的晶粒长大温度。所述步骤A2中对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理，N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时中的保温时间ha小时的保温小时数ha为能够保证N2组拉伸样得到均匀晶粒度所需的时间。所述步骤A2中相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数Δha为能够保证相邻两组拉伸样间存在10％的晶粒度差异的时间。所述步骤B2中验证晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库U＝f(M)是否有效设置的误差值δ1％为5％。所述步骤C2中验证晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库是否有效设置的误差值δ2％为5％。所述步骤D2中验证晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库k＝α(U)是否有效设置的误差值δ3％为5％。
实施例三
本实施例的超声波残余应力测试方法与实施例一基本相同，仅仅是步骤中参数的选择不同，本实施例中各个步骤参数的选择如下：
本例中所述步骤A1中平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组的组数n为4。所述步骤A1中平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组，每组拉伸样包括的拉伸样根数ra为3。所述步骤A2中对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理，N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时中的保温温度Ta℃为所测试拉伸样材料的晶粒长大温度。所述步骤A2中对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理，N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时中的保温时间ha小时的保温小时数ha为能够保证N2组拉伸样得到均匀晶粒度所需的时间。所述步骤A2中相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数Δha为能够保证相邻两组拉伸样间存在30％的晶粒度差异的时间。所述步骤B2中验证晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库U＝f(M)是否有效设置的误差值δ1％为10％。所述步骤C2中验证晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库是否有效设置的误差值δ2％为10％。所述步骤D2中验证晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库k＝α(U)是否有效设置的误差值δ3％为15％。

Claims (9)

1.一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法，其步骤如下：
A、准备晶粒度测试样
A1、平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组，记为N1组，N2组…Nn-1组，Nn组，每组拉伸样包括相同拉伸样ra根；
A2、对N1组拉伸样不做任何处理，对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理、同一组中的拉伸样热处理条件相同，具体的热处理条件是：N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时，N3组拉伸样在温度Ta℃保温ha+Δha小时……Nn-1组拉伸样在温度Ta℃保温ha+Δha(n-1-2)小时，Nn组拉伸样在温度Ta℃保温ha+Δha(n-2)小时，即得到N1-Nn组晶粒度测试样，其中Δha为相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数；N2-Nn组晶粒度测试样经过热处理，可认为是零应力状态；
A3、对N1-Nn组晶粒度测试样进行金相处理，通过显微镜或电子背散射衍射计算出经过金相处理的N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样的晶粒度，并分别取N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样的晶粒度平均值，分别记为U1，U2，U3……Un-1，Un；
B、建立晶粒度与纵波信号衰减度的关系数据库
B1、使用纵波平探头对N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样分别进行衰减度测试，计算出N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样的纵波信号衰减度平均值，分别记为M1，M2，M3……Mn-1，Mn；
B2、根据N2-Nn组各组晶粒度测试样的纵波信号的衰减度平均值(M2，M3……Mn-1，Mn)，与N2-Nn组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U2，U3……Un-1，Un)，利用最小二乘法建立晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，U＝f(M)；将N1组所有晶粒度测试样的纵波信号衰减度平均值M1带入U＝f(M)，算出N1组晶粒度测试样的晶粒度计算值U1’；将N1组晶粒度测试样的晶粒度计算值U1’与A3得到的N1组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U1进行对比，如果误差在δ1％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库U＝f(M)有效；如果误差大于δ1％，重新按照A1-A3准备晶粒度测试样品，并按照B1-B2建立晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，直到满足误差要求；
C、建立晶粒度与临界折射纵波在零应力样中传播时间的关系数据库
C1、分别对N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样进行临界折射纵波速度采集，得到临界折射纵波在N1-Nn组各组晶粒度测试样的平均传播速度，记为V10，V20，V30……V(n-1)0，Vn0，并根据超声波收发换能器间的距离L，计算出临界折射纵波在N1-Nn组各组晶粒度测试样的平均传播时间，即为临界折射纵波在不同晶粒尺寸的零应力晶粒度测试样中的平均传播时间，记为T10，T20，T30……T(n-1)0，Tn0；
C2、根据临界折射纵波在N2-Nn组各组晶粒度测试样的平均传播时间(T20，T30……T(n-1)0，Tn0)，与N2-Nn组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U2，U3……Un-1，Un)，利用最小二乘法建立晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库，将N1组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U1带入算出临界折射纵波在N1组晶粒度测试样的传播时间计算值T10’；将临界折射纵波在N1组晶粒度测试样的传播时间计算值T10’与临界折射纵波在N1组晶粒度测试样的实际平均传播时间T10进行对比，如果误差在δ2％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库有效；如果误差大于δ2％，重新按照A1-A3准备晶粒度测试样品，并按照C1-C2建立晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库，直到满足误差要求；
D、建立晶粒度与声弹性系数的关系数据库
D1、分别对N1-Nn组各组中所有晶粒度测试样进行声弹性系数拉伸标定，得到N1-Nn组各组晶粒度测试样的平均声弹性系数，记为K1，K2，K3……Kn-1，Kn；
D2、根据N2-Nn组各组晶粒度测试样的平均声弹性系数(K2，K3……Kn-1，Kn)，与N2-Nn组各组晶粒度测试样的晶粒度平均值(U2，U3……Un-1，Un)，利用最小二乘法建立晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，k＝α(U)，将N1组所有晶粒度测试样的晶粒度平均值U1带入k＝α(U)，算出N1组晶粒度测试样的声弹性系数计算值K1’，将N1组晶粒度测试样的声弹性系数计算值K1’与N1组晶粒度测试样的实际平均声弹性系数K1进行对比，如果误差在δ3％以内，符合要求，所建立的晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库k＝α(U)有效；如果误差大于δ3％，重新按照A1-A3准备晶粒度测试样品，并按照D1-D2建立晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，直到满足误差要求；
E、测试待测焊件焊接接头的焊接残余应力
E1、布置待测焊件的超声波残余应力测试区域，所述测试区域包括焊缝区域、热影响区域和母材区域；
E2、使用纵波平探头对待测焊件的测试区域进行衰减度测试，计算出测试区域的纵波信号衰减度，记为Mc；
E3、调用B步建立的晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库，U＝f(M)，计算出测试区域的晶粒度计算值Uc，Uc＝f(Mc)；
E4、调用C步建立的晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库，计算出测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间tc0，
E5、调用D步建立的晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库，k＝α(U)，计算出测试区域的声弹性系数kc，kc＝α(Uc)
E6、采集待测焊件的测试区域的临界折射纵波速度vc，并根据超声波收发换能器间的距离L，得到临界折射纵波在测试区域的传播时间tc＝L/vc；
E7、根据E4步得到的测试区域的临界折射纵波在零应力拉伸样中传播时间tc0、E5步得到的测试区域的声弹性系数kc和E6步得到的临界折射纵波在测试区域的传播时间tc，计算待测焊件测试区域的焊接残余应力σc：
2.根据权利要求1所述的一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法，其特征在于：所述步骤A1中平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组的组数n不小于4。
3.根据权利要求1所述的一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法，其特征在于：所述步骤A1中平行材料轧制或挤压方向切取拉伸样n组，每组拉伸样包括的拉伸样根数ra不小于3。
4.根据权利要求1所述的一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法，其特征在于：所述步骤A2中对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理，N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时中的保温温度Ta℃为所测试拉伸样材料的晶粒长大温度。
5.根据权利要求1所述的一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法，其特征在于：所述步骤A2中对N2-Nn组拉伸样进行不同条件热处理，N2组拉伸样在温度Ta℃保温ha小时中的保温时间ha小时的保温小时数ha为能够保证N2组拉伸样得到均匀晶粒度所需的时间。
6.根据权利要求1所述的一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法，其特征在于：所述步骤A2中相邻两组拉伸样保温时间相差的小时数Δha为能够保证相邻两组拉伸样间存在10-30％的晶粒度差异的时间。
7.根据权利要求1所述的一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法，其特征在于：所述步骤B2中验证晶粒度U与纵波信号衰减度M的关系数据库U＝f(M)是否有效设置的误差值δ1％为5-10％。
8.根据权利要求1所述的一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法，其特征在于：所述步骤C2中验证晶粒度U与临界折射纵波在零应力样中传播时间t0的关系数据库是否有效设置的误差值δ2％为5-10％。
9.根据权利要求1所述的一种可修正晶粒度差异影响的超声波残余应力测试方法，其特征在于：所述步骤D2中验证晶粒度U与声弹性系数k的关系数据库k＝α(U)是否有效设置的误差值δ3％为5-15％。
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