[发明专利]基于超声波法的铝合金车体残余应力测量零应力试块的制作装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于超声波检测及铝合金材料应力检测的交叉领域，具体涉及一种基于超声波法的铝合金车体残余应力测量零应力试块的制作装置及方法。

背景技术

针对低碳钢结构材料，可以制作去应力退火处理后的零应力标准试样，然而对于高速列车车体铝合金，其热处理状态及加工状态对材料的机械物理性能直接相关，去应力退火处理虽然能消除、降低、均匀化应力分布，但同时铝合金材料微观组织和物理性能也将发生变化，而用于超声波测量应力的临界折射纵波对组织具有很高的敏感性，因而材料微观组织和物理性能的变化对实际的测量会产生较大的误差。为了提高超声残余应力测量的精度和可靠性，设计一种不同于去应力退火制作低碳钢零应力试块的制作方法。避免了使用去应力退火热处理方法制作零应力试块导致组织变化产生的测量误差，提高超声波法对铝合金结构残余应力测量结果的精度和可靠性。

发明内容

针对铝合金材料组织对热处理敏感的特征，提供一种基于超声波法的铝合金车体残余应力测量零应力试块的制作装置及方法，其可避免使用去应力退火热处理方法制作零应力试块导致组织变化产生的测量误差，提高超声波法对铝合金结构残余应力测量结果的精度和可靠性。

本发明不同于去应力退火制作低碳钢零应力试块的制作方法，而是利用线切割制作两块材料、大小、尺寸一致的对应参考试块，结合机械应力释放方法中的切条法，对其中一块非零应力状态的试样进行切条破坏，利用粘贴单向应变片和静态应变仪测量其释放应变，根据切条法测量出的应变值按照胡克定律计算出应力，另一块试块由于与被破坏试块材料、大小、尺寸一致，可认为其内应力的大小和切条法所测释放应力相等，该试块即可认为是零应力试块，并添加入零应力块基础数据库中。实际测试应力时先调出该材料在零应力块基础数据库中的参数，用该材料零应 力试块进行零应力标定，然后再对测试对象进行测试，测试结果应加上(切条法所测应力结果为负值)或减去(切条法所测应力结果为正值)切条法所得到的应力值。

本发明的技术方案为：

一种基于超声波法的铝合金车体残余应力测量零应力试块的制作方法，其特征在于，对于一种铝合金材料，先制作两块材料、大小、尺寸一致的试块，对其中第一试块测量其释放应变，计算出初始应力值，另第二试块由于与第一试块即被破坏试块的材料、大小、尺寸一致，可认为其所测释放应力相等，将第二试块认为是零应力试块，第一试块测得的初始应力值即为零应力块初始应力值，对第二试块进行超声波应力测试，用第二试块进行零应力标定，然后对该铝合金材料作为测试对象进行测试，其测试结果将上述第一试块得到的初始应力值作为误差值去掉。

进一步地，采用切条法对第一试块测量其释放应变，在切条破坏后的第一试块上粘贴单向应变片，单向应变片连接应变仪。

进一步地，利用线切割制作第一、第二试块；切条法中用线切割将第一试块进行分割成多块，在多块中的每个分割块上粘贴单向应变片。

进一步地，包括如下步骤：

第一步，针对不同种类、热处理状态、初始塑性变形累积程度的一种铝合金材料，通过拉伸试验得到声弹性常数K；

第二步，利用线切割制作两块材料、大小、尺寸一致的对应参考试块；

第三步，结合机械应力释放方法中的切条法，对其中第一试块非零应力状态的试样进行切条破坏，利用粘贴单向应变片和应变仪测量其释放应变，根据切条法测量出的应变值按照胡克定律计算出初始应力值，另第二试块由于与第一试块即被破坏试块的材料、大小、尺寸一致，可认为其内应力的大小和切条法所测释放应力相等，该第二试块即可认为是零应力试块，第一试块测得的初始应力值即为零应力块的初始应力值；

第四步，将该铝合金材料牌号、热处理状态、加工状态、尺寸大小、声弹性常数K、初始应力值、表面粗糙度导入超声波测试系统数据库中；由该数据库提供匹配的零应力试块参数，用第二试块进行零应力标定；

第五步，然后再对该铝合金材料作为测试对象进行测试，测试结果加上(切条法所测应力结果为负值)或减去(切条法所测应力结果为正值)切条法所得到的初始应力值。

进一步地，对第一试块进行4次切割，分成8小块，每块表面布置有上、下各一个单向应变片。

一种基于超声波法的铝合金车体残余应力测量零应力试块的制作装置，其特征在于，包括第一试块1、第二试块4、单向应变片2、静态应变仪3、超声波换能器5、超声波应力测试设备6，具体地：

第一试块、第二试块由一种铝合金材料切割成两块而成，第一试块、第二试块的材料、大小、尺寸完全相同；