一種採用非線性超聲技術測量q345低合金鋼屈服強度的方法
2023-05-03 22:54:01 2
一種採用非線性超聲技術測量q345低合金鋼屈服強度的方法
【專利摘要】一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，本發明涉及測量Q345低合金鋼屈服強度的方法。本發明是要解決傳統測量鋼屈服強度的方法具有破壞性，測量速度慢的問題而提出的一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法。該方法是通過步驟一、製備n組不同冷作硬化程度的厚×寬×長尺寸為10mm×40mm×300mm的標準Q345低合金鋼拉伸試樣；步驟二、計算n組非線性超聲二次因子β；步驟三、測定n組Q345低合金鋼屈服強度值；步驟四、擬合曲線圖；步驟五、測定任意Q345低合金鋼的屈服強度值；本發明應用於測量Q345低合金鋼屈服強度領域。
【專利說明】一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量Q345低合金鋼屈服強度的方法。
【背景技術】
[0002]屈服強度是材料所能承受的不發生永久變形的最大載荷，是用於評估結構強度的最重要指標之一，受到材料化學成分、微觀組織結構和機械形變狀態的影響。拉伸(壓縮)力學性能試驗是確定材料屈服強度的根本方法，具有完備的理論依據和嚴格的科學定義。
[0003]拉伸(壓縮)力學性能試驗方法需要製備標準試樣，對材料產生破壞，其測定值僅嚴格代表被測試樣的屈服強度。在工程質量控制應用中，該方法基於同樣化學成分和工藝條件下生產出來的材料具有相同的屈服強度的假設，依據概率學原理選取部分構件材料進行測試，並以該測定值代表該批材料的屈服強度。然而，實際生產過程中熱處理工藝參數會發生波動，實際使用過程中載荷與環境作用也會導致材料的機械形變狀態發生變化，從而改變材料的屈服強度，影響了拉伸(壓縮)試驗方法的可靠性。
[0004]此外，拉伸(壓縮)試驗方法具有破壞性，無法在材料的生產過程中對全部材料進行檢測，只能進行抽樣，測試數據僅僅是精確反映被抽取的試樣的屈服強度，而真正要投入使用的材料屈服強度則是被推測出來的，也無法用於在材料檢測，限制了其應用範圍。拉伸(壓縮)試驗方法過程包括制樣、拉伸、數據和處理等步驟，測試速度慢也是其不足之一。
[0005]為了彌補拉伸(壓縮)試驗方法的這些不足，業界和研究機構先後發明了微小試樣類方法、循環硬度測試法等方法。這些方法利用外載荷使材料表面微小的區域發生屈服，實現對材料屈服強度的測定，在一定程度上彌補了拉伸(壓縮)試驗方法覆蓋範圍和測試效率的不足。但是，這些方法仍然會對材料產生微小損傷，測定速度慢，並且由於測定的只是材料體上的極小部分，與材料整體的屈服性能可能會存在較大差值。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是為了解決現有拉伸(壓縮)試驗方法測試材料的屈服強度時，對材料具有具有破壞性，無法在材料的生產過程中對全部材料進行檢測及微小試樣類方法、循環硬度測試法等方法測定速度慢的問題，而提供的一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法。
[0007]上述的發明目的是通過以下技術方案實現的:
[0008]步驟一、製備η組不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX40mmX300mm的標準Q345低合金鋼拉伸試樣；
[0009]步驟二、對步驟一製備的η組不同冷作硬化程度的尺寸為IOmmX40mmX300mm的標準Q345低合金鋼拉伸試樣分別進行非線性超聲測量，計算出η組非線性超聲二次因子β ;
[0010]步驟三、測定步驟一製備的η組具有不同程度冷作硬化程度的Q345低合金鋼屈服強度值；
[0011]步驟四、將步驟二測算的η組非線性超聲二次因子β與步驟三測定的η組標準Q345低合金鋼試樣的屈服強度值一一對應擬合成曲線圖；
[0012]步驟五、對任意Q345低合金鋼進行非線性超聲測量，計算出二次因子β，將計算出的二次因子β帶入步驟四獲得的曲線圖中確定被測Q345低合金鋼的屈服強度值；即完成了一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法。
[0013]發明效果:
[0014]本發明提出的一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，得益於電子技術的發展，非線性超聲檢測技術獲得了快速進步，在材料早期損傷評估、疲勞度檢測等領域獲得了成功應用。非線性超聲技術是指當超聲波頻率與幅值超過一定程度，將會與金屬材料中位錯等晶格缺陷發生顯著的相互作用，從而激發出能夠檢測到的二次及以上諧波信號，通過分析這些諧波信號特徵獲得材料早期損傷狀態和力學性能的技術。在大量研究的基礎上，本發明提出採用非線性超聲技術，進行完全無損傷的材料屈服強度檢測，克服了以上所述屈服強度檢測方法的不足，具有能夠反映材料整體屈服強度性能、測定速度較傳統方法提高了 24倍，能實現自動化等優點，為實現材料屈服強度的生產期和在用期全覆蓋檢測提供了技術基礎。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是【具體實施方式】一中提出的一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法流程圖；
[0016]圖2是Q345低合金鋼屈服強度非線性超聲波測試方法示意圖；其中，I為厚X寬X長尺寸為IOmmX 40mmX 300mm的標準Q345低合金鋼拉伸試樣，2為寬頻直探頭，3為信號放大器，4為數字式示波器，5為電腦，6為非線性超聲波發生器，7為低通濾波器，8為單頻直探頭；
[0017]圖3是β因子與屈服強度關係曲線圖。
【具體實施方式】
[0018]【具體實施方式】一:本實施方式的一種一種米用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法按以下步驟實現:
[0019]步驟一、製備η組不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX40mmX300mm的標準Q345低合金鋼拉伸試樣；
[0020]步驟二、對步驟一製備的η組不同冷作硬化程度的尺寸為IOmmX40mmX300mm的標準Q345低合金鋼拉伸試樣分別進行非線性超聲測量，計算出η組非線性超聲二次因子β ;
[0021]步驟三、測定步驟一製備的η組具有不同程度冷作硬化程度的Q345低合金鋼屈服強度值；
[0022]步驟四、將步驟二測算的η組非線性超聲二次因子β與步驟三測定的η組標準Q345低合金鋼試樣的屈服強度值一一對應擬合成曲線圖；
[0023]步驟五、對任意Q345低合金鋼進行非線性超聲測量，計算出二次因子β，將計算出的二次因子β帶入步驟四獲得的曲線圖中確定被測Q345低合金鋼的屈服強度值；即完成了一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法如圖1。
[0024]本實施方式效果:
[0025]本實施方式提出的一種採用非線性超聲技術測量Q345鋼屈服強度的方法，得益於電子技術的發展，非線性超聲檢測技術獲得了快速進步，在材料早期損傷評估、疲勞度檢測等領域獲得了成功應用。非線性超聲技術是指當超聲波頻率與幅值超過一定程度，將會與金屬材料中位錯等晶格缺陷發生顯著的相互作用，從而激發出能夠檢測到的二次及以上諧波信號，通過分析這些諧波信號特徵獲得材料早期損傷狀態和力學性能的技術。在大量研究的基礎上，本實施方式提出採用非線性超聲技術，進行完全無損傷的材料屈服強度檢測，克服了以上所述屈服強度檢測方法的不足，具有能夠反映材料整體屈服強度性能、測定速度較傳統方法提高了 24倍，能實現自動化等優點，為實現材料屈服強度的生產期和在用期全覆蓋檢測提供了技術基礎。
[0026]【具體實施方式】二:本實施方式與【具體實施方式】一不同的是:步驟一中製備不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX40mmX 300mm的標準Q345低合金鋼拉伸試樣方法為:
[0027]選擇η組厚X寬X長的尺寸為20mmX80mmX300mm的長條形Q345低合金鋼試樣，利用拉伸試驗機將這η組Q345低合金鋼試樣進行拉伸，以獲得厚度由20mm~12mm的η組Q345低合金鋼試樣，其中變形後試樣厚度為原始厚度的100%~60% ;然後將η組Q345低合金鋼試樣通過機械加工的方法製成η組不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX 40mmX 300mm的標準Q345低合金鋼拉伸試樣；其中η≥6。其它步驟及參數與【具體實施方式】一相同。
[0028]【具體實施方式】三:本實施方式與【具體實施方式】一或二不同的是:步驟二中計算出非線性超聲二次因子β方法為如圖2:
[0029](I)由計算機發出指令通知非線性超聲波發生器；超聲波發生器接到指令後發出連續5個周期以上的頻率為2MHz~5MHz的正弦或餘弦電信號；
[0030](2)由超聲波發生器傳來的電信號經過低通濾波器過濾掉20MHz以上頻率波；
[0031](3)過濾後的電信號達到發射端的單頻直探頭，單頻直探頭利用壓電效應將電信號轉化為機械超聲波，機械超聲波通過單頻直探頭與被測標準Q345低合金鋼的接觸界面傳入標準Q345低合金鋼拉伸試樣，其中單頻直探頭頻率為f=2~5MHz ；
[0032](4)通過標準Q345低合金鋼拉伸試樣的超聲波，被中心頻率為2倍直探頭頻率的寬頻直探頭接收，並被寬頻直探頭轉化為電信號，其中寬頻直探頭中心頻率為2f ；
[0033](5)寬頻直探頭轉化的電信號經過14dB信號放大器進行放大處理，轉換成約±2v大小，之後進入數字式示波器進行傅立葉變換將時域信號轉變為範圍覆蓋發射頻率以及2倍範圍覆蓋發射頻率的頻域信號；
[0034](6)通過電腦記錄數字式示波器採集到的頻域信號，並用電腦測量發射頻率和2倍發射頻率對應的頻域信號幅值(電壓值)，將頻域信號幅值帶入公式(I)計算出非線性超聲二次因子β ;
【權利要求】
1.一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，其特徵在於一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法具體是按照以下步驟進行的: 步驟一、製備η組不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX40mmX300mm的標準Q345低合金鋼拉伸試樣； 步驟二、對步驟一製備的η組不同冷作硬化程度的尺寸為IOmmX40mmX300mm的標準Q345低合金鋼拉伸試樣分別進行非線性超聲測量，計算出η組非線性超聲二次因子β ； 步驟三、測定步驟一製備的η組具有不同程度冷作硬化程度的Q345低合金鋼屈服強度值； 步驟四、將步驟二測算的η組非線性超聲二次因子β與步驟三測定的η組標準Q345低合金鋼試樣的屈服強度值一一對應擬合成曲線圖； 步驟五、對任意Q345低合金鋼進行非線性超聲測量，計算出二次因子β，將計算出的二次因子β帶入步驟四獲得的曲線圖中確定被測Q345低合金鋼的屈服強度值；即完成了一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法。
2.根據權利要求1所述一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，其特徵在於步驟一中製備不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX 40mmX 300mm的標準Q345低合金鋼拉 伸試樣方法為: 選擇η組厚X寬X長的尺寸為20mmX80mmX300mm的長條形Q345低合金鋼試樣，利用拉伸試驗機將這η組Q345低合金鋼試樣進行拉伸，以獲得厚度由20mm~12mm的η組Q345低合金鋼試樣，然後將η組Q345低合金鋼試樣通過機械加工的方法製成η組不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX 40mmX 300mm的標準Q345低合金鋼拉伸試樣；其中η > 6。
3.根據權利要求1所述一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，其特徵在於步驟二中計算出非線性超聲二次因子β方法為: (O由計算機發出指令通知非線性超聲波發生器；超聲波發生器接到指令後發出連續5個周期以上的頻率為2MHz~5MHz的正弦或餘弦電信號； (2)由超聲波發生器傳來的電信號經過低通濾波器過濾掉20MHz以上頻率波； (3)過濾後的電信號達到發射端的單頻直探頭，單頻直探頭利用壓電效應將電信號轉化為機械超聲波，機械超聲波通過單頻直探頭與被測標準Q345低合金鋼的接觸界面傳入標準Q345低合金鋼拉伸試樣，其中單頻直探頭頻率為f=2~5MHz ； (4)通過標準Q345低合金鋼拉伸試樣的超聲波，被中心頻率為2倍直探頭頻率的寬頻直探頭接收，並被寬頻直探頭轉化為電信號，其中寬頻直探頭中心頻率為2f ； (5)寬頻直探頭轉化的電信號經過14dB信號放大器進行放大處理，之後進入數字式示波器進行傅立葉變換將時域信號轉變為範圍覆蓋發射頻率以及2倍範圍覆蓋發射頻率的頻域信號； (6)通過電腦記錄數字式示波器採集到的頻域信號，並用電腦測量發射頻率和2倍發射頻率對應的頻域信號幅值，將頻域信號幅值帶入公式(I)計算出非線性超聲二次因子β ;a 8 f ΛI β = —7?.?.( I )
A一X {Ar ) 式中: k-波數； X-超聲波傳播距離或試件厚度； A1-發射頻率對應頻域信號幅值； A2-2倍發射頻率對應頻域信號幅值； 其中，每個具有不同冷作硬化程度的Q345低合金鋼都有相對應的非線性超聲二次因子β與屈服強度值。
4.根據權利要求1所述一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，其特徵在於步驟三中測定η組具有不同程度冷作硬化程度的Q345低合金鋼屈服強度值的過程為:將測定步驟一製備的η組具有不同冷作硬化程度的Q345低合金鋼標準拉伸試樣，依照國家標準《GB/T228.1-2010金屬材料拉伸試驗》測定η組具有不同冷作硬化程度的Q345低合金鋼屈服強度值。
5.根據權利要求1所述一種採用非線性超聲技術測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，其特徵在於步驟四中擬合成曲線圖的橫坐標為步驟二計算的η組非線性超聲二次因子β，縱坐標為步驟三測定的η組標`準Q345低合金鋼試樣的屈服強度值。
【文檔編號】G01N29/12GK103713052SQ201410003703
【公開日】2014年4月9日 申請日期:2014年1月3日 優先權日:2014年1月3日
【發明者】王曉林, 池永斌, 張曰濤 申請人:國家電網公司, 黑龍江省電力科學研究院