一種用于拉伸殘余應(yīng)力定值校準(zhǔn)的c形環(huán)裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于拉伸殘余應(yīng)力定值校準(zhǔn)的C形環(huán)裝置，本裝置無(wú)需借助應(yīng)變儀等復(fù)雜輔助裝置，僅通過(guò)旋緊螺母調(diào)節(jié)C形環(huán)的外徑，即可以在校準(zhǔn)區(qū)域產(chǎn)生不同大小的拉應(yīng)力值。應(yīng)力值的大小可以通過(guò)外徑的變形量計(jì)算得出，將數(shù)值以刻度標(biāo)注在加力螺桿上，便于現(xiàn)場(chǎng)操作。利用其校準(zhǔn)區(qū)域產(chǎn)生的拉應(yīng)力來(lái)校準(zhǔn)超聲波殘余應(yīng)力檢測(cè)，從而最大程度地保證殘余應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果的可靠性。
【專利說(shuō)明】一種用于拉伸殘余應(yīng)力定值校準(zhǔn)的C形環(huán)裝置
一、【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提出一種用于拉伸殘余應(yīng)力定值校準(zhǔn)的C形環(huán)裝置，該裝置適用于殘余應(yīng)力超聲波無(wú)損檢測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)。
二、【背景技術(shù)】
[0002]殘余應(yīng)力的無(wú)損檢測(cè)一直受到廣泛的關(guān)注，超聲波法是主要檢測(cè)方法之一，其主要是利用超聲波在被檢測(cè)材料中聲速的變化來(lái)反應(yīng)應(yīng)力狀態(tài)。超聲波法的理論已經(jīng)較為成熟，但是根據(jù)聲彈性原理，超聲波法檢測(cè)的是相對(duì)殘余應(yīng)力值，要想實(shí)現(xiàn)對(duì)絕對(duì)殘余應(yīng)力值的檢測(cè)，需要研制超聲波校準(zhǔn)裝置對(duì)檢測(cè)結(jié)果以及檢測(cè)系統(tǒng)予以校準(zhǔn)。
[0003]文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，論文:(S.Quinn, J.M.Dulieu-Barton, etc.Progress inThermoelastic Residual Stress Measurement [J].Strain, 2004，40:127-133.)中提到了將鋼材彎曲成弓的形狀，通過(guò)彎曲的方法制造出殘余應(yīng)力試塊來(lái)校準(zhǔn)X射線應(yīng)力儀。專利:(姜傳海，等.X射線應(yīng)力測(cè)量標(biāo)定試樣的制備方法[P].專利號(hào):CN200510023292.1,2005)公開(kāi)了一種利用調(diào)質(zhì)、噴丸、腐蝕等一系列工藝來(lái)制備應(yīng)力標(biāo)定試樣的方法。以上兩篇文獻(xiàn)所用到的方法都較為復(fù)雜，且都是針對(duì)X射線法。國(guó)內(nèi)外目前還沒(méi)有文獻(xiàn)針對(duì)超聲波殘余應(yīng)力檢測(cè)的校準(zhǔn)進(jìn)行研究。
[0004]通過(guò)旋緊螺母，調(diào)節(jié)C形環(huán)的外徑，可以在校準(zhǔn)區(qū)域產(chǎn)生不同大小的拉應(yīng)力值，用于超聲波應(yīng)力檢測(cè)儀的現(xiàn)場(chǎng)校準(zhǔn)操作。該試樣制備簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，不需要借助應(yīng)變儀等輔助裝置，可以最大程度地保證殘余應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果的可靠性。
三、
【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供了一種無(wú)需借助應(yīng)變儀等復(fù)雜輔助裝置，僅通過(guò)調(diào)節(jié)螺母使得C形環(huán)產(chǎn)生變形，從而利用其校準(zhǔn)區(qū)域產(chǎn)生的拉應(yīng)力來(lái)校準(zhǔn)超聲波殘余應(yīng)力檢測(cè)的裝置。
[0006]本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，選取滿足一定尺寸要求的圓環(huán)材料，該材料的屬性與被測(cè)殘余應(yīng)力材料基本相同。將圓環(huán)在直徑方向上打2個(gè)通孔，孔的大小根據(jù)被選取螺栓的外徑來(lái)定。將圓環(huán)在垂直于通孔直徑方向的一邊切割掉一小段圓弧，制作成C形環(huán)狀，所切割的弧度大小依據(jù)材料的強(qiáng)度而定。將選定的螺栓插入2個(gè)通孔，然后旋動(dòng)螺母。通過(guò)調(diào)節(jié)螺母的松緊程度，使得C形環(huán)的校準(zhǔn)區(qū)域產(chǎn)生一定數(shù)值的拉應(yīng)力，該數(shù)值可以通過(guò)公式計(jì)算得出，將數(shù)值以刻度標(biāo)注在加力螺桿上，便于現(xiàn)場(chǎng)操作。
四、【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0007]圖1C形環(huán)拉應(yīng)力校準(zhǔn)裝置平面圖
[0008]圖2C形環(huán)去初始應(yīng)力熱處理工藝曲線
[0009]圖3有應(yīng)力刻度值的螺桿結(jié)構(gòu)圖
[0010]圖4C形環(huán)拉應(yīng)力校準(zhǔn)裝置立體圖[0011]1-螺栓2-校準(zhǔn)區(qū)域3-拉應(yīng)力方向4-壓應(yīng)力方向5-C形環(huán)6_螺母7_拉應(yīng)力刻度標(biāo)尺
五、【具體實(shí)施方式】
[0012]下面對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明:
[0013]如圖1所示，C形環(huán)材料的選取應(yīng)以被檢測(cè)殘余應(yīng)力材料為準(zhǔn)，如被檢測(cè)對(duì)象為輸氣管道X70鋼，則C形環(huán)材料為X70鋼，被檢測(cè)對(duì)象為一般裝甲鋼，則C形環(huán)材料為一般裝甲鋼。
[0014]C形環(huán)的外徑D1的范圍為95?150_，具體值可根據(jù)超聲檢測(cè)傳感器的檢測(cè)距離來(lái)定，只要外徑的弧度不影響傳感器標(biāo)定應(yīng)力值即可。
[0015]C形環(huán)的壁厚范圍為5?15mm,具體值可根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的厚度來(lái)確定,如被檢測(cè)材料是5mm厚度,則可選擇5mm厚度的C形環(huán),被檢測(cè)材料是12mm厚度,則可選擇12mm厚度的C形環(huán)，與此同時(shí)，C形環(huán)的外徑與厚度的比值最好保持在10?20的范圍內(nèi)。
[0016]C形環(huán)直徑方向上的兩個(gè)通孔直徑稍大于螺栓外徑D3即可。螺栓和螺母在滿足強(qiáng)度要求的情況下，其尺寸大小和材料可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)定。
[0017]C形環(huán)切口的角度Θ范圍為5?30°，具體值需要根據(jù)C形環(huán)屈服強(qiáng)度來(lái)定。其主要起到2個(gè)作用，一是造成C形環(huán)外徑變化產(chǎn)生應(yīng)力，二是當(dāng)應(yīng)力值達(dá)到材料屈服強(qiáng)度時(shí)，切口處閉合，從而防止損壞C形環(huán)校準(zhǔn)裝置。
[0018]C形環(huán)高度H的范圍為40?80mm，具體值可根據(jù)選取的螺栓外徑D3來(lái)確定，即H與D3的比值最好保持在2?4的范圍內(nèi)。
[0019]C形環(huán)表面不得有劃痕、凹坑、毛刺等缺陷。其校準(zhǔn)區(qū)域的表面粗糙度RaS 1.6。表面粗糙度越小，聲波在構(gòu)件表面發(fā)生的散射就越小，入射到構(gòu)件中的超聲能量就越多，接收的信號(hào)就會(huì)越強(qiáng)，提高了檢測(cè)精度。
[0020]C形環(huán)校準(zhǔn)裝置的重量約為1kg，質(zhì)量輕、體積小、易于現(xiàn)場(chǎng)操作、免去了復(fù)雜的附屬裝置，確保了系統(tǒng)的良好工作狀態(tài)。
[0021]如圖2所示，對(duì)C形環(huán)熱處理，消除其在加工過(guò)程中產(chǎn)生的初始應(yīng)力。C形環(huán)由室溫狀態(tài)緩慢、均勻地在熱處理爐內(nèi)加熱(加熱速度為V1 ( 2000C /h)至300?400°C左右(具體溫度依據(jù)C形環(huán)材料而定)，然后等溫0.5?I小時(shí)(具體時(shí)間依據(jù)C形環(huán)厚度和尺寸而定)，使C形環(huán)整體溫度均勻一致。再以V1的加熱速度加熱到550°C?650°C (具體溫度依據(jù)C形環(huán)材料而定)，并在此溫度下保溫6?8小時(shí)(具體時(shí)間依據(jù)C形環(huán)厚度和尺寸而定)。而后溫度緩慢地(冷卻速度V2 ( 2500C /h)在熱處理爐內(nèi)冷卻到120°C以下，再出爐冷卻至室溫。熱處理完成后，對(duì)工件表面氧化膜進(jìn)行清理。
[0022]如圖3所示，螺桿螺紋處銑出一塊平面，平面上有若干刻度線，每個(gè)刻度線上標(biāo)明了拉應(yīng)力值的大小。螺桿刻度個(gè)數(shù)一般為5?10個(gè)，具體情況依據(jù)C形環(huán)的材料強(qiáng)度而定，每個(gè)刻度對(duì)應(yīng)一個(gè)拉應(yīng)力值。
[0023]如圖4所示，螺母旋緊到刻度處時(shí)即可方便的讀出應(yīng)有拉應(yīng)力值。如當(dāng)螺母背離C形環(huán)一側(cè)的端面與刻度線剛好重合，重合處刻度線標(biāo)出的數(shù)值是50MPa，則說(shuō)明此時(shí)在校準(zhǔn)區(qū)域產(chǎn)生的拉應(yīng)力是50MPa。
【權(quán)利要求】
1.一種用于拉伸殘余應(yīng)力定值校準(zhǔn)的C形環(huán)裝置，其特征在于:它包括C形環(huán)、螺栓、螺母。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述C形環(huán)，其材料的選取應(yīng)以被檢測(cè)殘余應(yīng)力材料為準(zhǔn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述C形環(huán)，其外徑的范圍為95?150mm，具體值可根據(jù)超聲檢測(cè)傳感器的檢測(cè)距離來(lái)定，只要外徑的弧度不影響傳感器標(biāo)定應(yīng)力值即可。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述C形環(huán)，其壁厚范圍為5?15mm，C形環(huán)的外徑與厚度的比值最好保持在10?20的范圍內(nèi)，具體值可根據(jù)被檢測(cè)對(duì)象的厚度來(lái)確定，但不能超出壁厚范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述C形環(huán)，其切口的角度Θ范圍為5?30°，具體值需要根據(jù)C形環(huán)屈服強(qiáng)度來(lái)定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述C形環(huán)，其高度的范圍為40?80mm，具體值可根據(jù)選取的螺栓外徑D3來(lái)確定，即H與D3的比值最好保持在2?4的范圍內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述C形環(huán)，其表面不得有劃痕、凹坑、毛刺等缺陷。其校準(zhǔn)區(qū)域的表面粗糙度RaS 1.6。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述C形環(huán)，需在初加工后消除其初始應(yīng)力。所采用的方法為熱處理，C形環(huán)由室溫狀態(tài)緩慢、均勻地在熱處理爐內(nèi)加熱(加熱速度為V1 ( 2000C /h)至300?400°C左右(具體溫度依據(jù)C形環(huán)材料而定)，然后等溫0.5?I小時(shí)(具體時(shí)間依據(jù)C形環(huán)厚度和尺寸而定)，使C形環(huán)整體溫度均勻一致。再以V1的加熱速度加熱到550°C?650°C(具體溫度依據(jù)C形環(huán)材料而定)，并在此溫度下保溫6?8小時(shí)(具體時(shí)間依據(jù)C形環(huán)厚度和尺寸而定)。而后溫度緩慢地(冷卻速度V2 ( 2500C /h)在熱處理爐內(nèi)冷卻到120°C以下，再出爐冷卻至室溫。熱處理完成后，對(duì)工件表面氧化膜進(jìn)行清理。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述螺栓、螺母，螺栓和螺母在滿足與C形環(huán)配合良好且強(qiáng)度合適的情況下，其尺寸大小和材料可以根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)件來(lái)定。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述螺栓，其螺桿螺紋處銑出一塊平面，平面上有若干刻度線，其刻度的個(gè)數(shù)一般為5?10個(gè)，具體情況依據(jù)C形環(huán)的材料強(qiáng)度而定，每個(gè)刻度線上標(biāo)明了拉應(yīng)力值的大小，當(dāng)螺母旋緊到該處時(shí)即可方便的讀出應(yīng)有拉應(yīng)力值。
【文檔編號(hào)】G01N29/30GK103529129SQ201310465140
【公開(kāi)日】2014年1月22日 申請(qǐng)日期:2013年10月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月8日
【發(fā)明者】徐春廣, 白曉光, 宋文濤, 潘勤學(xué), 劉海洋, 李驍, 靳鑫 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)