[发明专利]一种金属材料平面各向异性超声检测方法

说明书

本发明一种金属材料平面各项异性超声检测方法属于超声检测技术领域，涉及一种金属材料平面各项异性超声检测方法。该方法首先引入了平面各项异性表征因子，定义了平面各向异性表征因子。在金属材料平面内测量N个待测方向上的声时差，检测N个待测方向的超声波速，反求计算出平面各向异性表征因子。该方法充分考虑了超声波传播过程中偏振方向发生改变和声双折射现象，实现接触式超声自动可靠测量，测量误差小，提升了测量的稳定性与可靠性。且操作方便，成本低，适用范围广。该方法也可以用于机床主轴检测，实现接触式超声自动可靠测量，提高测量精度与检测效率。

技术领域

本发明属于超声检测技术领域，涉及一种金属材料平面各向异性超声检测方法。

背景技术

实际生产中，由于存在晶粒延伸和再结晶等现象，金属材料原始晶粒随机分布状态被破坏，在其内部产生具有优先取向的织构，造成不同方向上呈现出不同的材料力学特性，使得其具有各向异性特征。以成形后的金属薄壁件为例，如旋压、滚压等，材料表面具有平面各向异性的特征。在现有无损检测方法中，超声法常被用于材料参数和特征测评。然而，在金属材料常数超声测定时，往往假设被测材料各向同性，而忽略了材料各向异性的影响，这导致传统的材料常数超声检测法的灵敏度低、测量精度难以保证。为此，定量测评材料平面各向异性特征，对材料常数确定、力学分析和状态评估至关重要。

对于具有平面各向异性特征的金属材料，平面内各方向上材料弹性常数分布不同。当超声波沿不同方向传播时，会产生不同的相速度。基于此，可以利用声时偏差，计算获得材料不同深度的平面各向异性常数，进而实现对材料平面各向异性特征的超声测评。

张金铎等人在实用新型专利“金属薄板弹性各向异性全自动检测仪”，公开号为CN2085981U的专利中，发明了利用超声波对金属薄板透射系数随入射角变化的原理，测量获得金属薄板沿各个待测方向的各向杨氏模量、切变模量及泊松比等材料常数，但无法适用于平面各向异性测评。米克尔·坦泰尔等人在专利“用于表征弱的各向异性软介质的超声波方法和设备、以及用于该表征设备的超声探头组件”，公开号为CN106232013A的专利中，发明了通过在不同方向上观测材料中心处发出的剪切波，推测传播参数来确定各向异性，但该方法只针对材料内部包含纤维材料的各向异性软介质材料。

然而，上述方法或装置均未提及金属材料平面各向异性超声检测与评估方法。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是克服现有方法的不足，针对金属材料各向异性超声检测与评估难题，发明了一种金属材料平面各向异性超声检测方法。该方法，首先引入了平面各向异性表征因子，实现了平面各向异性特征的定量刻画。给出综合评价待测区域各向异性的指标，可定性定量描述金属材料表面各向异性。采用多角度测量波速的方法，充分考虑了超声波传播过程中偏振方向发生改变和声双折射现象，仅需要三个方向的折射纵波波速，即可测得晶粒取向表征因子。测量误差小，提升了测量的稳定性与可靠性测评方法，可靠性高。

本发明采用的技术方案是一种金属材料平面各向异性超声检测方法，该方法首先引入了平面各向异性表征因子，定义了平面各向异性表征因子K₂₂和K₁₂；在金属材料平面内测量N个待测方向上的声时差，检测N个待测方向的超声波速，反求计算出平面各向异性表征因子；方法的具体步骤如下：

第一步，安装试件及超声探头

金属试件1固定于测量平台上，确定金属试件1上待测点O处的N个测量方向，N＝1,2,3，......n,在N个方向上分别进行测量，即第一测量方向b₁、第二测量方向b₂，......第n测量方向b_n；超声波接收器3和超声波发射器4构成超声探头2，将超声探头2置于金属件1上待测点O处，保证超声探头2与被测表面可靠接触，并且，使得超声探头2中心与待测点O重合，超声探头2的中轴线与第一测量方向b₁重合；