[发明专利]一种用于拉伸残余应力定值校准的C形环装置

说明书

一、技术领域

本发明提出一种用于拉伸残余应力定值校准的C形环装置，该装置适用于残余应力超声波无损检测系统的现场校准。

二、背景技术

残余应力的无损检测一直受到广泛的关注，超声波法是主要检测方法之一，其主要是利用超声波在被检测材料中声速的变化来反应应力状态。超声波法的理论已经较为成熟，但是根据声弹性原理，超声波法检测的是相对残余应力值，要想实现对绝对残余应力值的检测，需要研制超声波校准装置对检测结果以及检测系统予以校准。

文献检索发现，论文：（S.Quinn,J.M.Dulieu-Barton,etc.Progress in Thermoelastic Residual Stress Measurement[J].Strain,2004,40:127-133.）中提到了将钢材弯曲成弓的形状，通过弯曲的方法制造出残余应力试块来校准X射线应力仪。专利：（姜传海,等.X射线应力测量标定试样的制备方法[P].专利号:CN200510023292.1,2005）公开了一种利用调质、喷丸、腐蚀等一系列工艺来制备应力标定试样的方法。以上两篇文献所用到的方法都较为复杂，且都是针对X射线法。国内外目前还没有文献针对超声波残余应力检测的校准进行研究。

通过旋紧螺母，调节C形环的外径，可以在校准区域产生不同大小的拉应力值，用于超声波应力检测仪的现场校准操作。该试样制备简单，操作简便，不需要借助应变仪等辅助装置，可以最大程度地保证残余应力检测结果的可靠性。

三、发明内容

本发明的目的是提供了一种无需借助应变仪等复杂辅助装置，仅通过调节螺母使得C形环产生变形，从而利用其校准区域产生的拉应力来校准超声波残余应力检测的装置。

本发明的目的是这样实现的，选取满足一定尺寸要求的圆环材料，该材料的属性与被测残余应力材料基本相同。将圆环在直径方向上打2个通孔，孔的大小根据被选取螺栓的外径来定。将圆环在垂直于通孔直径方向的一边切割掉一小段圆弧，制作成C形环状，所切割的弧度大小依据材料的强度而定。将选定的螺栓插入2个通孔，然后旋动螺母。通过调节螺母的松紧程度，使得C形环的校准区域产生一定数值的拉应力，该数值可以通过公式计算得出，将数值以刻度标注在加力螺杆上，便于现场操作。

四、附图说明

图1C形环拉应力校准装置平面图

图2C形环去初始应力热处理工艺曲线

图3有应力刻度值的螺杆结构图

图4C形环拉应力校准装置立体图

1-螺栓2-校准区域3-拉应力方向4-压应力方向5-C形环6-螺母7-拉应力刻度标尺

五、具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：

如图1所示，C形环材料的选取应以被检测残余应力材料为准，如被检测对象为输气管道X70钢，则C形环材料为X70钢，被检测对象为一般装甲钢，则C形环材料为一般装甲钢。

C形环的外径D₁的范围为95～150mm，具体值可根据超声检测传感器的检测距离来定，只要外径的弧度不影响传感器标定应力值即可。

C形环的壁厚范围为5～15mm，具体值可根据被检测对象的厚度来确定，如被检测材料是5mm厚度，则可选择5mm厚度的C形环，被检测材料是12mm厚度，则可选择12mm厚度的C形环，与此同时，C形环的外径与厚度的比值最好保持在10～20的范围内。

C形环直径方向上的两个通孔直径稍大于螺栓外径D₃即可。螺栓和螺母在满足强度要求的情况下，其尺寸大小和材料可以根据标准件来定。

C形环切口的角度θ范围为5～30°，具体值需要根据C形环屈服强度来定。其主要起到2个作用，一是造成C形环外径变化产生应力，二是当应力值达到材料屈服强度时，切口处闭合，从而防止损坏C形环校准装置。

C形环高度H的范围为40～80mm，具体值可根据选取的螺栓外径D₃来确定，即H与D₃的比值最好保持在2～4的范围内。

C形环表面不得有划痕、凹坑、毛刺等缺陷。其校准区域的表面粗糙度Ra≤1.6。表面粗糙度越小，声波在构件表面发生的散射就越小，入射到构件中的超声能量就越多，接收的信号就会越强，提高了检测精度。

C形环校准装置的重量约为1kg，质量轻、体积小、易于现场操作、免去了复杂的附属装置，确保了系统的良好工作状态。