[发明专利]一种基于超声表面波的薄熔覆层厚度无损评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种薄熔覆层厚度的无损测量方法，具体来说涉及一种基于超声表面波的薄熔覆层厚度无损评价方法。

背景技术

目前，我国每年都有大量的废旧钢铁零部件作为废钢铁进行材料级回收而造成资源、能源的浪费以及环境的污染。从资源、环境和社会经济可持续发展出发，对废旧钢铁零部件进行回收和再制造处理，对节能节材、环境保护以及推动社会经济与环境的协调发展具有重大意义。

在废旧工件表面制备所需性能的涂层是提高工件表面性能及延长服役寿命的有效方法。激光熔覆技术具有熔覆效率高、热影响区小、与基体形成冶金结合等优点，因而在再制造领域得到广泛关注和应用。激光熔覆层厚度是影响激光熔覆再制造产品质量性能的重要因素之一，尤其对密封或配合零部件而言，因此，对激光熔覆层厚度进行评价对保证激光熔覆再制造产品的质量就显的极为重要。目前，厚度测量方法主要为金相法、超声纵波法及电磁法等，虽然上述方法可在一定程度实现激光熔覆层厚度的评价，但均存在一定的问题，如金相法需破坏试样的整体使用性能，且为抽样检测；超声纵波法在试样表面存在检测盲区，不能实现薄激光熔覆层（厚度≤3.0mm）厚度的评价；电磁法只适用于导电/磁材料，局限性较大。但对于密封或精密配合的零部件而言，激光熔覆层厚度一般较小，因而如果能建立一套行之有效的薄激光熔覆层厚度的无损评价方法，对提高激光熔覆再制造产品的可靠性和安全性的意义非常重大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有薄熔覆层厚度评价技术中的不足，提出一种基于超声表面波的无损评价方法，这不仅可实现薄熔覆层厚度快速、方便、无损评价，避免抽样检测带来的质量安全隐患，提高薄熔覆层厚度评价结果精度，还在此基础上详细地给出了实现薄熔覆层厚度无损评价的技术方法，为提高熔覆再制造产品的可靠性和安全性提供了技术支撑。

薄熔覆层厚度的超声表面波评价是在激光熔覆层试样中超声表面波传播速度测量基础上实现的，即通过建立熔覆层厚度与超声表面波传播速度间关系而实现熔覆层厚度的无损评价。鉴于精确测量超声表面波在熔覆层试样中传播速度的难度较大，因而，本发明转向计算超声表面波在熔覆层试样中通过相同距离所用时间差来表征传播速度的改变量，即建立超声表面波在不同厚度熔覆层试样中通过相同距离所用的时间差与厚度间关系。

该对应关系可通过以下步骤得到：

步骤一，固定熔覆工艺参数不变，采用多层堆积和多道搭接方式在45钢表面制备熔覆层，基于机加工方法得到不同厚度的熔覆层试样。

步骤二，采用热处理方法对各厚度熔覆层试样进行去应力退火处理，并作为标准试样对熔覆层厚度进行标定。

步骤三，固定超声表面波信号激发参数不变，改变超声表面波在标准试样中的传播距离，采集并提取接收信号幅值，基于式（1）

A＝a·L^b          （1）

式(1)中：A：超声表面波接收信号幅值；

L：超声表面波在激光熔覆层试样中的传播距离；

a、b：与激光熔覆层试样特性相关的常数;

得到表征超声表面波衰减的关系式，计算接收信号幅值降为最大值60%时对应的传播距离作为发射探头和接收探头的间距，制备双超声表面波探头（一发一收）。

步骤四，采用超声表面波检测系统对不同厚度熔覆层标准试样进行检测，记录检测信号。定义某一超声表面波信号为参考信号（如：以厚度为0mm标准试样的超声表面波信号作为参考信号），计算各厚度熔覆层标准试样超声表面波信号与参考信号间的时间差，并作为评价熔覆层厚度的特征参量。

步骤五，建立熔覆层厚度与特征参量间关系，采用多项式函数拟合得到熔覆层厚度评价公式，即完成熔覆层厚度的标定。

附图说明

图1为本发明超声表面波检测系统;其中，1：超声波脉冲发射接收仪；2：数据采集设备；3：示波器；4：分析系统；5：双超声表面波探头；6：超声表面波探头固定装置；7：数据连接线；

图2为本发明不同厚度Fe314激光熔覆层试样的超声表面波信号；

图3为本发明Fe314激光熔覆层试样超声表面波信号间时间差与激光熔覆层厚度关系曲线。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述实施例。

选择Fe314激光熔覆层为例对薄熔覆层厚度进行评价，该对应关系得到的过程如下：