鋁合金預(yù)拉伸板殘余應(yīng)力超聲檢測試塊組及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于無損檢測領(lǐng)域，涉及一種鋁合金預(yù)拉伸板殘余應(yīng)力超聲檢測試塊組及其使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在軋制、固溶淬火等工藝過程中，預(yù)拉伸鋁合金板材常常會的產(chǎn)生殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力的存在直接導(dǎo)致后續(xù)使用過程中由于殘余應(yīng)力的釋放造成工件的變形，預(yù)拉伸鋁合金板材中的殘余應(yīng)力可能由軋制工藝引起的，但更主要的原因是鋁合金的固溶淬火工藝。
[0003]平軋鋁合金產(chǎn)品制造商往往使用大噸位的預(yù)拉伸機對固溶淬火后的鋁合金板材進行處理從而減少板材中的殘余應(yīng)力?，F(xiàn)代航空制造業(yè)對預(yù)拉伸鋁合金板材提出低殘余應(yīng)力的要求，從而滿足飛機大型整體化部件的要求。目前，鉆孔法、多孔方差法、裂紋柔度法等理化方法和射線衍射法等無損檢測方法較成熟地應(yīng)用于材料的殘余應(yīng)力測量。但使用超聲波方法測量材料的殘余應(yīng)力仍未形成國際公認的檢測標準，一定程度上是由于還沒有一種被行業(yè)普遍接受的參考試塊。在試塊使用一段時間后判斷試塊的有效性也是一個難題。
[0004]201310659777.4專利中使用超聲波儀對拉伸試驗機上的被施加載荷的試樣進行測量。該方法通過接觸法用超聲檢測傳感器對拉伸試樣進行測量，耦合效果將對校準結(jié)果產(chǎn)生較大影響；校準過程中需使用拉伸機，導(dǎo)致使用環(huán)境受到限制；一次校準完成后，拉伸力卸載使試樣產(chǎn)生回彈，再次校準時需重新使用拉伸機對試樣加載，操作程序較復(fù)雜。
[0005]201310534554.5專利中采用冷卻安裝過盈試樣的方法給試塊導(dǎo)入殘余應(yīng)力。這種方法需對試樣進行復(fù)雜的機加工；而且組合試塊進行安裝前需使用液氮冷卻至可裝配的尺寸而且裝配過程需迅速準確，對操作人員的操作能力有較高的要求；組合試塊安裝完成后，操作員需對組合試塊平面進行打磨至兩個面平行而且光滑的技術(shù)難度大而且可能導(dǎo)入新的殘余應(yīng)力。
[0006]201410073705.6專利中介紹的方法主要適用于鋼材，該發(fā)明的試塊制作過程中需在確保材質(zhì)不發(fā)生變化的前提下，對外圓環(huán)進行加熱，然后利用熱脹冷縮的效應(yīng)使外圓環(huán)壓緊內(nèi)圓盤；但可熱處理鋁合金對溫度較敏感，在120°C左右就產(chǎn)生人工時效處理的效果，這使該發(fā)明難以應(yīng)用于鋁合金材料的檢測。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明針對上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，提供了一種鋁合金預(yù)拉伸殘余應(yīng)力超聲檢測試塊組及其使用方法，其目的是提供一種在不受異常溫度和外力影響條件下，能較長時間的保持殘余應(yīng)力的試塊組。且此種試塊無需對樣品進行復(fù)雜的機加工和裝配，節(jié)約了成本，提高了試塊的制備成功率；以本發(fā)明的試塊進行待測鋁合金預(yù)拉伸板殘余應(yīng)力的無損檢測，方便快捷，提高了效率。
[0008]鋁合金預(yù)拉伸板殘余應(yīng)力超聲檢測試塊組，取自同批次鋁合金預(yù)拉伸板材中，且長度方向與板材軋制方向相同，所述試塊與被檢測板材的軋制面上表面方向相同的面上設(shè)有標記，所述試塊的寬度為50~2000mm，長度為200~8000mm ;所述試塊組至少有2組試塊，分別為:試塊組合、平行試塊B ;每組試塊的數(shù)量不小于2，每組均包含具有組間對應(yīng)的不同殘余應(yīng)力的試塊，所述不同殘余應(yīng)力呈梯度分布；所述平行試塊B為殘余應(yīng)力值的標記試塊組，且其中至少有一塊試塊的殘余應(yīng)力低于臨界殘余應(yīng)力值O MPa，至少有一塊的殘余應(yīng)力高于臨界殘余應(yīng)力值O MPa ;所述試塊組合為殘余應(yīng)力標尺的標定試塊組。較優(yōu)的，每組試塊數(shù)量相同。
[0009]此技術(shù)方案中的試塊選用相同的材質(zhì)和規(guī)格制備的試塊組，原材料相同，經(jīng)過的制作工藝相同，因此各組的殘余應(yīng)力水平相當。利用平行試塊B有利于找到殘余應(yīng)力的臨界點，有效地確定試塊中允許存在的殘余應(yīng)力水平，提高了試塊的制備率。同時，將平行試塊B組內(nèi)各試塊的殘余應(yīng)力數(shù)值對應(yīng)地標記在對應(yīng)工藝制備的各組的試塊上，從而實現(xiàn)對試塊組合的殘余應(yīng)力值進行標定。
[0010]作為本發(fā)明的進一步改進，所述試塊組還包括平行試塊A，所述平行試塊A為校準試塊。
[0011]試塊組合投入使用一段時間后，會出現(xiàn)殘余應(yīng)力變化的情況，將平行試塊A作為校準樣，定期采用平行試塊A進行校準，達到了評價試塊有效性的目的。當使用相同的水浸式超聲波檢測工藝對進行平行試塊A和試塊組合中的試塊進行殘余應(yīng)力檢測時，殘余應(yīng)力數(shù)值相差5~20%，則停止整套試塊的使用。
[0012]作為本發(fā)明的進一步改進，所述試塊采用以下步驟制備:
步驟1:從待檢測的同批次鋁合金預(yù)拉伸板材中截取矩形試塊，所述試塊的長度方向與板材軋制方向相同；可對試塊的每個面都進行標記，使得在與被檢測板材的軋制面上表面方向相同的面上進行測試，減小誤差；
步驟2:對試塊進行固溶淬火；
步驟3:對各組試塊分別進行處理得到不同拉伸率的試塊，消減殘余應(yīng)力，得到每組都包含有組間對應(yīng)的同拉伸率的試塊，所述不同拉伸率呈梯度分布；
步驟4:對試塊進行電導(dǎo)率檢測，要求所有試塊的電導(dǎo)率極差值小于1.5%IACS ;
步驟5:對試塊進行峰值實效處理；優(yōu)選為在室溫下進行I天~15天自然時效，直至合金狀態(tài)穩(wěn)定；
步驟6:冷卻后進行外觀尺寸檢驗，得到具有相同殘余應(yīng)力梯度的檢測試塊組；完成時效待整套試塊冷卻至室溫后進行外觀尺寸檢驗，尺寸公差應(yīng)符合ASTM E 127的要求。
[0013]作為本發(fā)明的進一步改進，步驟3所述不同的拉伸率的試塊是采用拉伸方法制得的，采用不同工藝的退火方法也可以得到上述不同殘余應(yīng)力的試塊。
[0014]通常，拉伸率的試塊是采用拉伸方法制備的，此方法簡單，可獲得殘余應(yīng)力消減更均勻的試塊，而且在預(yù)拉伸處理后試塊可獲得更好的表面平直度，有利于提供更高的檢測精度。
[0015]退火也可以消減固溶淬火后的鋁合金板材的殘余應(yīng)力。因此，采用不同的退火工藝可以替代不同的預(yù)拉伸率，從而獲得具有梯度的殘余應(yīng)力的試塊組合；采用退火方法可通過使用普通加熱爐實現(xiàn)制作具有梯度的殘余應(yīng)力的試塊組合的目的，避免使用價格昂貴的高精度拉伸機，從而降低成本。
[0016]通常，平行試塊B的殘余應(yīng)力值是通過鉆孔法獲得的，此方法簡單且可以獲得被檢測材料近表面的殘余應(yīng)力值。但也可以使用X射線方法直接對試塊組合進行殘余應(yīng)力檢測，免除制造平行試塊B并進行鉆孔法檢測殘余應(yīng)力的麻煩。這種方法可以使用無損檢測方法直接獲得試塊表面的殘余應(yīng)力值，避免試塊組合與平行試塊B在殘余應(yīng)力值上的偏差。但是，使用X射線方法檢測獲得的結(jié)果是材料表面的殘余應(yīng)力值，而超聲波方法獲得的是材料近表面的殘余應(yīng)力值。X射線方法獲得的殘余應(yīng)力值需要進行較復(fù)雜的換算才能獲得表征超聲波檢測方法獲得的結(jié)果。
[0017]作為本發(fā)明的進一步改進，所述電導(dǎo)率檢測是在試塊上下表面每間隔寬度20mm和長度250mm的地方進行的。
[0018]作為本發(fā)明的進一步改進，所述每組試塊的數(shù)量為5塊。采用此數(shù)量的試塊組，可以在使用每組盡量少的試塊的同時，得到很好的殘余應(yīng)力標尺標定的功能，也便于后續(xù)試塊的使用和檢測。
[0019]作為本發(fā)明的進一步改進，所述呈梯度分布的拉伸率為:0.5%、1%、1.5%、2%、
2.5%和3%ο拉伸率為0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%和3%對應(yīng)的殘余應(yīng)力值分別約為-80MPa,-40MPa, -18MPa, OMPa, 1MPa和25Mpa，采用此技術(shù)方案，便于殘余應(yīng)力的標記以及試塊的制備。
[0020]較優(yōu)的，所述呈梯度分布的拉伸率為:1%、1.5%、2%、2.5%和3%。
[0021]作為本發(fā)明的進一步改進，將拉伸夾區(qū)及其附近50~80mm處標記為“非測試區(qū)”。采用此技術(shù)方案是為了避免拉伸夾持區(qū)域附近殘余應(yīng)力不均勻?qū)z測結(jié)果造成影響，拉伸夾持痕跡及其附近50~80_的區(qū)域用標記筆標記為“無效區(qū)域”。檢測過程中僅使用整套試塊的“有效區(qū)域”進行校準。整套試塊加工完成后進行表面氧化處理以提高其抗腐蝕性。
[0022]作為本發(fā)明的進一步改進，試塊組合投入使用后，定期采用平行試塊A進行校準；當使用相同的水浸式超聲波檢測工藝對進行平行試塊A和試塊組合中的試塊進行殘余應(yīng)力檢測時，殘余應(yīng)力數(shù)值相差5~20%，則停止整套試塊的使用。
[0023]本發(fā)明還提供了一種鋁合金預(yù)拉伸殘余應(yīng)