[发明专利]一种无需测厚的晶粒尺寸超声无损评价方法

说明书

技术领域

本发明涉及晶粒尺寸测量技术领域，更具体涉及一种无需测厚的晶粒尺寸超声无损评价方法。

背景技术

晶粒尺寸是影响各种金属材料机械性能的一个重要微观结构参数，霍尔-佩奇公式(Hall-Petcn公式)指出通过细化晶粒可以提高金属材料的力学性能。若奥氏体不锈钢焊接件在服役前，焊接热影响区晶粒过大，服役后将导致强度不足、耐腐蚀疲劳性能差，易出现裂纹成核并沿着焊接边缘传播，最后造成断裂事故。可见，在服役前有效检测关键材质的晶粒尺寸，对其的安全应用有重大意义。通过有损的金相法或电子背散射衍射法可直观地测量晶粒尺寸，但需要对材料进行破坏，而且分析程序繁琐、检测效率偏低。因此，如何有效、便捷地评价晶粒尺寸一直是无损评价领域的热点问题。

目前晶粒尺寸无损评价方法按原理可分为超声法和涡流法，其中超声法又包含背散射法、声速法和衰减法。传统的背散射方法无需知道被测对象的厚度，但为了避免散射波与表面回波、底面回波混叠，一般要求被测对象厚度在6mm以上，使得背散射法的应用具有局限性，且只有加入厚度测量值进行修正时，才能保证背散射评价模型有较高的评价精度。声速法和衰减法对被测对象的厚度范围没有要求，但这两种方法都需利用到被测对象的厚度。可见，厚度的测量误差会直接影响晶粒尺寸评价的精度。在工业流水线上，难以保证每一个被测对象的厚度完全一致，若要预先对所有被测对象的厚度进行测量，必然使检测成本和检测工时成倍增加，同时在实际应用中普遍存在被测对象壁厚测量不便的情况，进而降低这两种方法的实用性。基于该研究现状，本发明构造了超声衰减速率，并以其为声学特征量建立了一种不含厚度测量值的晶粒尺寸超声评价模型。其次，制定了信号的前处理方法，采用信号平均方法对超声信号进行去噪，进一步提高评价方法的抗干扰能力。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是在不测量被测对象厚度的条件下，如何精确、可靠、无损地测量晶粒尺寸。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无需测厚的晶粒尺寸超声无损评价方法，所述方法包括以下步骤：

S1、制备并采集各个参考试块的S个经过前处理的超声A波信号，测量每个所述参考试块的平均晶粒尺寸；

S2、构造衰减速率系数，利用步骤S1得到的超声A波信号的表面一次回波、底面一次回波和底面二次回波，计算衰减速率系数及平均衰减速率系数，建立不含厚度测量值的晶粒尺寸超声评价模型；

S3、利用所述步骤S2得到的不含厚度测量值的晶粒尺寸超声评价模型，对晶粒尺寸未知的测试试块进行晶粒尺寸无损评价及验证；

优选地，所述步骤S1中，制备参考试块，采集所述每个参考试块的超声A波信号，用信号平均技术进行前处理，并测量其平均晶粒尺寸。

优选地，所述步骤S1具体为：

S11、将φ25mm的棒材用线切割获得K个高15mm的坯料；用高温炉分别进行固溶处理，使各参考试块的晶粒尺寸按梯度分布，接着对所有参考试块进行一次去应力退火；对热处理后的各参考试块进行初步的磨样，去除表面氧化层，完成试块的制备；

S12、采用水浸脉冲反射法采集各参考试块的原始超声A波信号，首先将第k个参考试块(k＝1，2，...，K)置于水槽中，用探头架夹持超声纵波探头连接于六自由度运动平台上，通过运动控制卡控制z轴运动，从而调整超声纵波探头的位置，接近被测参考试块，其中为了保证水声距的一致性，通过结合原始超声A波信号波形可实现探头位置的自动调整，需设置一个表面一次回波峰值点许可范围n_FW±e_FW，和一个阈值T_FW，若在超声纵波探头由远及近接近试块的过程中，首次有信号值在许可范围内超过阈值T_FW，即表面一次回波的峰值点落入许可范围内，则自动停止z轴运动；

S13、超声纵波探头位置调整完毕后，为保证超声纵波探头声轴线与参考试块上表面严格垂直，需要控制运动平台的A、B轴调整超声纵波探头的姿态来对准参考试块，其中通过结合原始超声A波信号波形可实现探头姿态的自动调整，当表面一次回波幅值最大时，可认为探头的声轴线与试块被测点位的上表面达到垂直，记录在A、B轴连续运动中，不同姿态所得到的表面波反射幅值，最后定位到表面一次回波幅值最强的姿态，完成姿态的自动调整，姿态的自动调整保证了操作的简便性和测试的可重复性；