本發(fā)明涉及一種校準(zhǔn)裝置，具體是指一種用于超聲波法測試殘余應(yīng)力的校準(zhǔn)裝置及其校準(zhǔn)方法。
背景技術(shù)：
較高的殘余應(yīng)力有可能加速工件的裂紋萌生、擴(kuò)展、應(yīng)力腐蝕等，對于存在高應(yīng)力的薄壁工件有可能造成明顯的失穩(wěn)波浪變形、嚴(yán)重影響尺寸精度。近些年，不管是學(xué)術(shù)界還是工業(yè)界都對殘余應(yīng)力投入了較高的研究精力，對殘余應(yīng)力狀態(tài)的精確測試作為研究殘余應(yīng)力的基礎(chǔ)，其重要性不可言喻。超聲波殘余應(yīng)力測試法在近些年得到了快速發(fā)展，作為超聲波法殘余應(yīng)力測試精確性保障的基本參數(shù)應(yīng)力常數(shù)K，通?？梢酝ㄟ^單軸拉伸標(biāo)定的方式獲得。對于圓柱狀的石油管道、壓力容器、鍋爐等非平面裝材料，難以通過單軸拉伸標(biāo)定的方式對超聲波法測試設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)與標(biāo)定。
目前國內(nèi)外鮮有使用超聲波法對圓柱管道類應(yīng)力測試過程中高精度標(biāo)定校準(zhǔn)方式，通常僅通過使用相同的平板材料進(jìn)行單軸標(biāo)定，從而代替對圓柱狀材料的標(biāo)定。超聲波法對于圓柱狀材料的測試過程中，超聲波的折射角以及傳播路徑與平板材料測試的過程中都有較大的差異，從而使用板狀材料代替圓柱狀材料的標(biāo)定結(jié)果具有較大誤差。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明的目的在于提供一種用于超聲波法測試殘余應(yīng)力的校準(zhǔn)裝置，以期望通過提前定量研究蓋體的旋入部擰入圓柱筒中的長度與圓柱筒表面產(chǎn)生應(yīng)力的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對圓柱筒狀材料的準(zhǔn)確標(biāo)定校準(zhǔn)，從而降低測試誤差。同時(shí)，本發(fā)明還提供一種用于超聲波法測試殘余應(yīng)力的校準(zhǔn)方法。
本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
一種用于超聲波法測試殘余應(yīng)力的校準(zhǔn)裝置，包括上端開口下端封閉且其內(nèi)部具有空腔的圓柱筒，和設(shè)置在圓柱筒開口端的蓋體；所述蓋體包括能擰入圓柱筒中的旋入部和設(shè)置在旋入部端部并位于圓柱筒外的蓋帽。
進(jìn)一步的，所述圓柱筒的開口端設(shè)有內(nèi)螺紋，所述旋入部上設(shè)有與圓柱筒的內(nèi)螺紋相配合的外螺紋。
再進(jìn)一步的，所述圓柱筒上設(shè)有位于內(nèi)螺紋中的液壓油刻度線。
更進(jìn)一步的，所述圓柱筒包括上端開口且下端封閉的圓柱下筒體，和具有貫穿其上下底面的通孔的圓柱上筒體；所述圓柱上筒體設(shè)置在圓柱下筒體的開口端并與圓柱下筒體相連通，所述內(nèi)螺紋設(shè)置在圓柱上筒體上。
為了更好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，所述圓柱上筒體與圓柱下筒體通過焊接固為一體結(jié)構(gòu)。
一種用于超聲波法測試殘余應(yīng)力的校準(zhǔn)方法，包括以下步驟：
(1)向圓柱筒中加入液壓油至液壓油刻度線處；
(2)在圓柱筒表面粘貼應(yīng)變片，同時(shí)將固定有超聲波探頭的有機(jī)玻璃楔塊耦合在圓柱筒上的相應(yīng)位置處；
(3)將蓋體的旋入部擰入圓柱筒中至液壓油刻度線以下，旋入部擰入的長度為d，記錄應(yīng)變片所測得的應(yīng)變力σ和超聲波所測得的應(yīng)變力σ’；
(4)根據(jù)公式K＝σK’/σ’計(jì)算得出K，并校準(zhǔn)K的準(zhǔn)確性；其中，K’為預(yù)設(shè)參數(shù)。
進(jìn)一步的，步驟(4)中校準(zhǔn)K的準(zhǔn)確性的步驟如下：
(4-1)計(jì)算K的平均值
重復(fù)步驟(3)n次，且n次旋入部擰入的長度均不相同，即可測得n組應(yīng)變片測得的應(yīng)變力σ和超聲波測得的應(yīng)變力σ’，根據(jù)公式K＝σK’/σ’可計(jì)算得出n組K值，然后計(jì)算得出K的平均值；其中，n為大于3的自然數(shù)；
(4-2)校準(zhǔn)K的平均值
將K的平均值輸入超聲殘余應(yīng)力測試儀中，選取其中一組旋入部的擰入長度d進(jìn)行計(jì)算可得校準(zhǔn)應(yīng)力σ，將該校準(zhǔn)應(yīng)力σ與本組旋入部擰入長度d時(shí)應(yīng)變片所測得的應(yīng)變力σ進(jìn)行比較并求得差值；當(dāng)比較差值在10MPa以內(nèi)時(shí)，確定K的平均值為超聲殘余應(yīng)力測試儀對圓柱筒進(jìn)行超聲波測試殘余應(yīng)力的標(biāo)定值；當(dāng)比較差值大于10Mpa時(shí)，重復(fù)步驟(4-1)和(4-2)，直到確定K的平均值為超聲殘余應(yīng)力測試儀對圓柱筒進(jìn)行超聲波測試殘余應(yīng)力的標(biāo)定值。
再進(jìn)一步的，步驟(4-1)中n為大于5的自然數(shù)，計(jì)算得出的n組K值中去除K的最大值和最小值后再計(jì)算K的平均值。
更進(jìn)一步的，步驟(4)中K’的取值為小于10的正整數(shù)。
為了確保效果，步驟(1)中使用的液壓油為航空液壓油或機(jī)床液壓油。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：
(1)本發(fā)明的校準(zhǔn)裝置不僅結(jié)構(gòu)簡單，而且成本低廉，主要是將液壓油加入圓柱筒中，然后將旋入部擰入圓柱筒中并使液壓油被壓縮，從而對圓柱筒外表面產(chǎn)生作用力，然后測得該作用力的方式來對用于超聲波法測試殘余應(yīng)力的校準(zhǔn)，從而能提前定量研究蓋體的旋入部擰入圓柱筒中的長度與圓柱筒表面產(chǎn)生應(yīng)力的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對圓柱筒狀材料的準(zhǔn)確標(biāo)定校準(zhǔn)，即可降低測試誤差。
(2)本發(fā)明的圓柱筒的開口端設(shè)有內(nèi)螺紋，所述旋入部上設(shè)有與圓柱筒的內(nèi)螺紋相配合的外螺紋，通過螺紋配合的方式可便于將旋入部擰入圓柱筒中壓縮液壓油，以便于對用于超聲波法測試殘余應(yīng)力的校準(zhǔn)。
(3)本發(fā)明的圓柱筒上設(shè)有位于內(nèi)螺紋中的液壓油刻度線，方便在圓柱筒中設(shè)定液壓油的加入量，加入液壓油時(shí)即可快速準(zhǔn)確的加到設(shè)定的位置。
(4)本發(fā)明的圓柱筒包括圓柱上筒體和圓柱下筒體兩個(gè)部分，便于加工。
(5)本發(fā)明的圓柱上筒體與圓柱下筒體通過焊接固為一體結(jié)構(gòu)，可保證圓柱上筒體與圓柱下筒體之間的無縫連接。
(6)本發(fā)明的校準(zhǔn)方法步驟簡單、便于操作，還能通過提前定量研究蓋體的旋入部擰入圓柱筒中的長度與圓柱筒表面產(chǎn)生應(yīng)力的定量關(guān)系，實(shí)現(xiàn)對圓柱筒狀材料的準(zhǔn)確標(biāo)定校準(zhǔn)，從而降低測試誤差。
(7)本發(fā)明的n為大于5的自然數(shù)，計(jì)算得出的n組K值中去除K的最大值和最小值后再計(jì)算K的平均值，可去掉誤差較大的數(shù)值，從而可提高K的平均值的準(zhǔn)確度。
(8)本發(fā)明的K’的取值為小于10的正整數(shù)，可方便計(jì)算。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。
其中，附圖標(biāo)記說明為：
1—蓋帽，2—外螺紋，3—內(nèi)螺紋，4—液壓油刻度線，5—圓柱上筒體，6—圓柱下筒體。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。
實(shí)施例
如圖1所示，本發(fā)明的用于超聲波法測試殘余應(yīng)力的校準(zhǔn)裝置，包括圓柱筒，所述圓柱筒上端開口且下端封閉，其內(nèi)部具有用于盛裝液壓油的圓柱形空腔。所述圓柱筒的開口端設(shè)有蓋體，所述蓋體與圓柱筒均由金屬材料制成。所述蓋體包括能擰入圓柱筒中的旋入部，該旋入部擰入圓柱筒中可壓縮圓柱筒中的液壓油。所述旋入部的端部設(shè)有位于圓柱筒外的蓋帽1，如圖1所示，設(shè)置蓋帽1可方便擰入或擰出旋入部。
本實(shí)施例中采用螺紋的配合方式擰入旋入部，即所述圓柱筒的開口端設(shè)有內(nèi)螺紋3，同時(shí)所述旋入部上則設(shè)有與圓柱筒的內(nèi)螺紋3相配合的外螺紋2，如圖1所示，所述旋入部通過其外螺紋2與內(nèi)螺紋3配合后可便于擰入或擰出圓柱筒。為了便于標(biāo)記加入圓柱筒中的液壓油量，所述圓柱筒上設(shè)有液壓油刻度線4，所述液壓油刻度線4位于內(nèi)螺紋3中。
所述圓柱筒可以設(shè)置為一個(gè)整體結(jié)構(gòu)，也可以設(shè)置為上下兩個(gè)部分組合而成，本實(shí)施例中的圓柱筒設(shè)置為上下兩個(gè)部分組合而成的結(jié)構(gòu)。具體的，所述圓柱筒包括圓柱上筒體5和圓柱下筒體6，所述圓柱上筒體5具有貫穿其上下底面的圓柱形通孔。所述圓柱下筒體6的上端開口且下端封閉，其內(nèi)部具有圓柱形空腔，所述圓柱上筒體5設(shè)置在圓柱下筒體5的開口端并與圓柱下筒體6相連通，所述內(nèi)螺紋3則設(shè)置在圓柱上筒體5上，如圖1所示。
所述圓柱上筒體5與圓柱下筒體6所組成的圓柱筒用于盛裝液壓油，因此圓柱上筒體5與圓柱下筒體6之間為無縫連接，本發(fā)明采用焊接的方式將述圓柱上筒體5與圓柱下筒體6通過固為一體結(jié)構(gòu)。具體實(shí)施時(shí)，可采用激光復(fù)合焊接或埋弧焊或其他的焊接方式來實(shí)現(xiàn)。所述圓柱上筒體5與圓柱下筒體6可以采用相同的材料制作而成，也可以采用不同的金屬材料制作而成。
本發(fā)明的校準(zhǔn)裝置用于超聲波法測試殘余應(yīng)力的校準(zhǔn)，主要是將液壓油加入圓柱筒中，然后將旋入部擰入圓柱筒中并使液壓油被壓縮，從而對圓柱筒外表面產(chǎn)生作用力，然后測得該作用力的方式來實(shí)現(xiàn)。具體的校準(zhǔn)過程為，首先向圓柱筒中加入液壓油至液壓油刻度線處，所述液壓油優(yōu)先選用航空液壓油或機(jī)床液壓油。然后在圓柱筒表面粘貼應(yīng)變片，同時(shí)將固定有超聲波探頭的有機(jī)玻璃楔塊耦合在圓柱筒上的相應(yīng)位置處，粘貼應(yīng)變片時(shí)使應(yīng)變片所測試應(yīng)變的方向與待測試的應(yīng)力方向一致。將蓋體的旋入部擰入圓柱筒中至液壓油刻度線以下，旋入部擰入的長度為d，記錄應(yīng)變片所測得的應(yīng)變力σ和超聲波所測得的應(yīng)變力σ’。實(shí)施時(shí)，保持應(yīng)變片和有機(jī)玻璃楔塊在圓柱筒上的位置位于旋入部的下方。
根據(jù)公式K＝σK’/σ’計(jì)算得出K，并校準(zhǔn)K的準(zhǔn)確性。其中，K’為預(yù)設(shè)參數(shù)，為了便于計(jì)算，所述K’的取值為小于10的正整數(shù)。校準(zhǔn)K的準(zhǔn)確性時(shí)，首先計(jì)算K的平均值。具體的，重復(fù)n次將旋入部擰入圓柱筒中壓縮液壓油，旋入部擰入的長度d每次各不相同，同時(shí)測得n組應(yīng)變片測得的應(yīng)變力σ和超聲波測得的應(yīng)變力σ’。根據(jù)公式K＝σK’/σ’可計(jì)算得出n組K值，然后計(jì)算得出K的平均值；其中，n為大于3的自然數(shù)。
然后校準(zhǔn)K的平均值，具體的，將K的平均值輸入超聲殘余應(yīng)力測試儀中，選取其中一組旋入部的擰入長度d進(jìn)行計(jì)算可得校準(zhǔn)應(yīng)力σ。超聲殘余應(yīng)力測試儀中預(yù)先設(shè)定有針對各種不同材料的圓柱筒所設(shè)定的計(jì)算公式，將K的平均值輸入超聲殘余應(yīng)力測試儀中并輸入旋入部的擰入長度d，即可自動(dòng)計(jì)算得出校準(zhǔn)應(yīng)力σ。當(dāng)本發(fā)明的圓柱筒為圓柱上筒體5和圓柱下筒體6兩部分組成時(shí)，本發(fā)明只針對圓柱上筒體5進(jìn)行校準(zhǔn)，即應(yīng)變片和有機(jī)玻璃楔塊均設(shè)置在圓柱上筒體5的外表面上，本發(fā)明所校準(zhǔn)的結(jié)果也只是針對圓柱上筒體5的材料。
然后將該校準(zhǔn)應(yīng)力σ與本組旋入部擰入長度d時(shí)應(yīng)變片所測得的應(yīng)變力σ進(jìn)行比較并求得差值；當(dāng)比較差值在10MPa以內(nèi)時(shí)，確定K的平均值為超聲殘余應(yīng)力測試儀對圓柱筒進(jìn)行超聲波測試殘余應(yīng)力的標(biāo)定值。當(dāng)比較差值大于10Mpa時(shí)，重復(fù)計(jì)算K的平均值的步驟和校準(zhǔn)K的平均值，直到確定K的平均值為超聲殘余應(yīng)力測試儀對圓柱筒進(jìn)行超聲波測試殘余應(yīng)力的標(biāo)定值。
實(shí)施時(shí)，為了提高K的平均值的準(zhǔn)確度，計(jì)算K的平均值的步驟中n為大于5的自然數(shù)，即需要重復(fù)將旋入部擰入圓柱筒中壓縮液壓油5次以上，并記錄相應(yīng)的5組以上的應(yīng)變片所測得的應(yīng)變力σ和超聲波所測得的應(yīng)變力σ’。然后根據(jù)公式K＝σK’/σ’計(jì)算得出5組以上的K值，計(jì)算得出的5組以上的K值中去除K的最大值和最小值后再計(jì)算K的平均值，從而可以去掉誤差較大的數(shù)值，即可提高K的平均值的準(zhǔn)確度。
如上所述，便可較好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。