一種采用非線性超聲技術(shù)測量q345低合金鋼屈服強度的方法
【專利摘要】一種采用非線性超聲技術(shù)測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，本發(fā)明涉及測量Q345低合金鋼屈服強度的方法。本發(fā)明是要解決傳統(tǒng)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采用非線性超聲技術(shù)測量Q345低合金鋼屈服強度的方法。該方法是通過步驟一、制備n組不同冷作硬化程度的厚×寬×長尺寸為10mm×40mm×300mm的標(biāo)準(zhǔn)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(fā)明應(yīng)用于測量Q345低合金鋼屈服強度領(lǐng)域。
【專利說明】一種采用非線性超聲技術(shù)測量Q345低合金鋼屈服強度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種測量Q345低合金鋼屈服強度的方法。
【背景技術(shù)】
[0002]屈服強度是材料所能承受的不發(fā)生永久變形的最大載荷，是用于評估結(jié)構(gòu)強度的最重要指標(biāo)之一，受到材料化學(xué)成分、微觀組織結(jié)構(gòu)和機械形變狀態(tài)的影響。拉伸(壓縮)力學(xué)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(jù)和嚴(yán)格的科學(xué)定義。
[0003]拉伸(壓縮)力學(xué)性能試驗方法需要制備標(biāo)準(zhǔn)試樣，對材料產(chǎn)生破壞，其測定值僅嚴(yán)格代表被測試樣的屈服強度。在工程質(zhì)量控制應(yīng)用中，該方法基于同樣化學(xué)成分和工藝條件下生產(chǎn)出來的材料具有相同的屈服強度的假設(shè)，依據(jù)概率學(xué)原理選取部分構(gòu)件材料進行測試，并以該測定值代表該批材料的屈服強度。然而，實際生產(chǎn)過程中熱處理工藝參數(shù)會發(fā)生波動，實際使用過程中載荷與環(huán)境作用也會導(dǎo)致材料的機械形變狀態(tài)發(fā)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(chǎn)過程中對全部材料進行檢測，只能進行抽樣，測試數(shù)據(jù)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，也無法用于在材料檢測，限制了其應(yīng)用范圍。拉伸(壓縮)試驗方法過程包括制樣、拉伸、數(shù)據(jù)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(yè)界和研究機構(gòu)先后發(fā)明了微小試樣類方法、循環(huán)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(qū)域發(fā)生屈服，實現(xiàn)對材料屈服強度的測定，在一定程度上彌補了拉伸(壓縮)試驗方法覆蓋范圍和測試效率的不足。但是，這些方法仍然會對材料產(chǎn)生微小損傷，測定速度慢，并且由于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(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)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(chǎn)過程中對全部材料進行檢測及微小試樣類方法、循環(huán)硬度測試法等方法測定速度慢的問題，而提供的一種采用非線性超聲技術(shù)測量Q345低合金鋼屈服強度的方法。
[0007]上述的發(fā)明目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0008]步驟一、制備η組不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX40mmX300mm的標(biāo)準(zhǔn)Q345低合金鋼拉伸試樣；
[0009]步驟二、對步驟一制備的η組不同冷作硬化程度的尺寸為IOmmX40mmX300mm的標(biāo)準(zhǔn)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、測定步驟一制備的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(biāo)準(zhǔn)Q345低合金鋼試樣的屈服強度值一一對應(yīng)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；即完成了一種采用非線性超聲技術(shù)測量Q345低合金鋼屈服強度的方法。
[0013]發(fā)明效果:
[0014]本發(fā)明提出的一種采用非線性超聲技術(shù)測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，得益于電子技術(shù)的發(fā)展，非線性超聲檢測技術(shù)獲得了快速進步，在材料早期損傷評估、疲勞度檢測等領(lǐng)域獲得了成功應(yīng)用。非線性超聲技術(shù)是指當(dāng)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(fā)生顯著的相互作用，從而激發(fā)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征獲得材料早期損傷狀態(tài)和力學(xué)性能的技術(shù)。在大量研究的基礎(chǔ)上，本發(fā)明提出采用非線性超聲技術(shù)，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(tǒng)方法提高了 24倍，能實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，為實現(xiàn)材料屈服強度的生產(chǎn)期和在用期全覆蓋檢測提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是【具體實施方式】一中提出的一種采用非線性超聲技術(shù)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)字式示波器，5為電腦，6為非線性超聲波發(fā)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(guān)系曲線圖。
【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(shù)測量Q345低合金鋼屈服強度的方法按以下步驟實現(xiàn):
[0019]步驟一、制備η組不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX40mmX300mm的標(biāo)準(zhǔn)Q345低合金鋼拉伸試樣；
[0020]步驟二、對步驟一制備的η組不同冷作硬化程度的尺寸為IOmmX40mmX300mm的標(biāo)準(zhǔn)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、測定步驟一制備的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(biāo)準(zhǔn)Q345低合金鋼試樣的屈服強度值一一對應(yīng)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；即完成了一種采用非線性超聲技術(shù)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采用非線性超聲技術(shù)測量Q345鋼屈服強度的方法，得益于電子技術(shù)的發(fā)展，非線性超聲檢測技術(shù)獲得了快速進步，在材料早期損傷評估、疲勞度檢測等領(lǐng)域獲得了成功應(yīng)用。非線性超聲技術(shù)是指當(dāng)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(fā)生顯著的相互作用，從而激發(fā)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征獲得材料早期損傷狀態(tài)和力學(xué)性能的技術(shù)。在大量研究的基礎(chǔ)上，本實施方式提出采用非線性超聲技術(shù)，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(tǒng)方法提高了 24倍，能實現(xiàn)自動化等優(yōu)點，為實現(xiàn)材料屈服強度的生產(chǎn)期和在用期全覆蓋檢測提供了技術(shù)基礎(chǔ)。
[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:步驟一中制備不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX40mmX 300mm的標(biāo)準(zhǔn)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，其中變形后試樣厚度為原始厚度的100%~60% ;然后將η組Q345低合金鋼試樣通過機械加工的方法制成η組不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX 40mmX 300mm的標(biāo)準(zhǔn)Q345低合金鋼拉伸試樣；其中η≥6。其它步驟及參數(shù)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(fā)出指令通知非線性超聲波發(fā)生器；超聲波發(fā)生器接到指令后發(fā)出連續(xù)5個周期以上的頻率為2MHz~5MHz的正弦或余弦電信號；
[0030](2)由超聲波發(fā)生器傳來的電信號經(jīng)過低通濾波器過濾掉20MHz以上頻率波；
[0031](3)過濾后的電信號達到發(fā)射端的單頻直探頭，單頻直探頭利用壓電效應(yīng)將電信號轉(zhuǎn)化為機械超聲波，機械超聲波通過單頻直探頭與被測標(biāo)準(zhǔn)Q345低合金鋼的接觸界面?zhèn)魅霕?biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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，并被寬頻直探頭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化的電信號經(jīng)過14dB信號放大器進行放大處理，轉(zhuǎn)換成約±2v大小，之后進入數(shù)字式示波器進行傅里葉變換將時域信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉秶采w發(fā)射頻率以及2倍范圍覆蓋發(fā)射頻率的頻域信號；
[0034](6)通過電腦記錄數(shù)字式示波器采集到的頻域信號，并用電腦測量發(fā)射頻率和2倍發(fā)射頻率對應(yīng)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(quán)利要求】
1.一種采用非線性超聲技術(shù)測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，其特征在于一種采用非線性超聲技術(shù)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、制備η組不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX40mmX300mm的標(biāo)準(zhǔn)Q345低合金鋼拉伸試樣； 步驟二、對步驟一制備的η組不同冷作硬化程度的尺寸為IOmmX40mmX300mm的標(biāo)準(zhǔn)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、測定步驟一制備的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(biāo)準(zhǔn)Q345低合金鋼試樣的屈服強度值一一對應(yīng)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；即完成了一種采用非線性超聲技術(shù)測量Q345低合金鋼屈服強度的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用非線性超聲技術(shù)測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，其特征在于步驟一中制備不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX 40mmX 300mm的標(biāo)準(zhǔn)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，然后將η組Q345低合金鋼試樣通過機械加工的方法制成η組不同冷作硬化程度的厚X寬X長尺寸為IOmmX 40mmX 300mm的標(biāo)準(zhǔn)Q345低合金鋼拉伸試樣；其中η > 6。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用非線性超聲技術(shù)測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，其特征在于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(fā)出指令通知非線性超聲波發(fā)生器；超聲波發(fā)生器接到指令后發(fā)出連續(xù)5個周期以上的頻率為2MHz~5MHz的正弦或余弦電信號； (2)由超聲波發(fā)生器傳來的電信號經(jīng)過低通濾波器過濾掉20MHz以上頻率波； (3)過濾后的電信號達到發(fā)射端的單頻直探頭，單頻直探頭利用壓電效應(yīng)將電信號轉(zhuǎn)化為機械超聲波，機械超聲波通過單頻直探頭與被測標(biāo)準(zhǔn)Q345低合金鋼的接觸界面?zhèn)魅霕?biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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，并被寬頻直探頭轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化的電信號經(jīng)過14dB信號放大器進行放大處理，之后進入數(shù)字式示波器進行傅里葉變換將時域信號轉(zhuǎn)變?yōu)榉秶采w發(fā)射頻率以及2倍范圍覆蓋發(fā)射頻率的頻域信號； (6)通過電腦記錄數(shù)字式示波器采集到的頻域信號，并用電腦測量發(fā)射頻率和2倍發(fā)射頻率對應(yīng)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(shù)； X-超聲波傳播距離或試件厚度； A1-發(fā)射頻率對應(yīng)頻域信號幅值； A2-2倍發(fā)射頻率對應(yīng)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(yīng)的非線性超聲二次因子β與屈服強度值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種采用非線性超聲技術(shù)測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，其特征在于步驟三中測定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:將測定步驟一制備的η組具有不同冷作硬化程度的Q345低合金鋼標(biāo)準(zhǔn)拉伸試樣，依照國家標(biāo)準(zhǔn)《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(jù)權(quán)利要求1所述一種采用非線性超聲技術(shù)測量Q345低合金鋼屈服強度的方法，其特征在于步驟四中擬合成曲線圖的橫坐標(biāo)為步驟二計算的η組非線性超聲二次因子β，縱坐標(biāo)為步驟三測定的η組標(biāo)`準(zhǔn)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(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】王曉林, 池永斌, 張曰濤 申請人:國家電網(wǎng)公司, 黑龍江省電力科學(xué)研究院