(高清版)GB∕T 38952-2020 無損檢測 殘余應力超聲體波檢測方法

無損檢測殘余應力超聲體波檢測方法國家標準化管理委員會國家市場監(jiān)督管理總局發(fā)布國家標準化管理委員會I 12規(guī)范性引用文件 1 1 1 1 37縱波和橫波聲彈性系數(shù)標定 4 59檢測儀器校準 610檢測報告的編寫 6附錄A(規(guī)范性附錄)拉伸試樣的制備方法 7附錄B(規(guī)范性附錄)部分常用殘余應力消減方法的基本原理 9附錄C(規(guī)范性附錄)檢測儀校準方法 參考文獻 ⅢGB/T38952—2020本標準按照GB/T1.1—2009給出的規(guī)則起草。本標準由全國無損檢測標準化技術委員會(SAC/TC56)提出并歸口。天長征裝備制造有限公司、內蒙古第一機械集團有限公司、西安先進應力檢測控制技術有限公司。1GB/T38952—2020無損檢測殘余應力超聲體波檢測方法1范圍彈性系數(shù)標定、檢測流程、檢測儀器校準和檢測報告的編寫要求。本標準適用于采用超聲體波進行材料殘余應力的檢測。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改單)適用于本文件。GB/T228.1金屬材料拉伸試驗第1部分：室溫試驗方法GB/T7232金屬熱處理工藝術語GB/T7704無損檢測X射線應力測定方法GB/T9445無損檢測人員資格鑒定與認證GB/T12604.1無損檢測術語超聲檢測GB/T16923鋼件的正火與退火GB/T18852無損檢測超聲檢驗測量接觸探頭聲束特性的參考試塊和方法GB/T25712振動時效工藝參數(shù)選擇及效果評定方法GB/T32073無損檢測殘余應力超聲臨界折射縱波檢測方法GB/T7232、GB/T12604.1界定的以及下列術語和定義適用于本文件。3.1縱波的偏振方向與傳播方向平行的縱波和偏振方向與傳播方向垂直的橫波。體波探頭bulkwaveprobe能夠產生縱波和橫波的探頭。4人員要求采用本標準進行檢測的人員，應按照GB/T9445或合同各方同意的體系進行資格鑒定與認證，并由雇主或代理對其進行崗位培訓和操作授權。5檢測要點5.1檢測原理依據(jù)聲彈性在材料中與超聲波傳播方向一致的應力影響其傳播速度，壓縮應力加快超聲波傳播速2GB/T38952—2020度、拉伸應力減慢超聲波傳播速度，用一個已知應力、且與被測構件材質與形狀相同的構件為應力基準，通過檢測構件材料內部超聲波傳播速度的變化可以得知構件內部應力的拉壓狀態(tài)和具體數(shù)值，應力拉由于許多現(xiàn)場工況中的板厚度尺寸和桿棒軸類構件的軸向尺寸、以及超聲縱波或橫波傳播速度變化難以準確獲得。因此，將殘余應力縱波和橫波檢測方法結合起來，可以在未獲知構件板厚或軸向尺寸的前提下，就可以獲得超聲縱波和橫波傳播方向上的應力狀態(tài)和數(shù)值。已知構件材料的零應力狀態(tài)，則由聲彈性原理可知，被檢測材料中縱波和橫波傳播方向上的應力σ如式(1)1]所示：…式中：σ——縱波和橫波傳播方向上的應力，單位為兆帕(MPa);T—-——零應力縱波的聲時，單位為納秒(ns);Tso——零應力橫波的聲時，單位為納秒(ns);TL——有應力縱波的聲時，單位為納秒(ns);Ts——有應力橫波的聲時，單位為納秒(ns);EL——縱波聲彈性系數(shù)，單位為每兆帕(MPa-1);Es——橫波聲彈性系數(shù)，單位為每兆帕(MPa-1)。5.2檢測區(qū)域本標準規(guī)定的方法所測到的應力是體波探頭下面材料內部沿聲波傳播方向上應力的平均值，檢測區(qū)域橫向范圍的大小取決于檢測探頭聲激勵和接收元件的橫向截面尺寸，體波探頭置于檢測表面時，要求與被檢測構件表面有效耦合，確保能獨立地激發(fā)和接收超聲縱波和超聲橫波，如圖1所示。L——檢測區(qū)域的縱向范圍。圖1殘余應力超聲體波(縱波和橫波)檢測原理示意圖檢測區(qū)域縱向范圍的大小(L),對于桿棒軸類構件對應其長度，對于板類構件對應其厚度(曲面構件對應其法向厚度)。檢測區(qū)域縱向范圍(L)的最大值取決于聲衰減情況，即體波探頭可以有效地接收到底面反射縱波和橫波。3GB/T38952—20205.3被檢測構件被檢測構件材料應是透聲良好的金屬或非金屬材料，構件表面粗糙度和形廓應不影響超聲縱波和橫波的有效耦合。6檢測系統(tǒng)6.1基本要求用于本標準規(guī)定的殘余應力無損檢測系統(tǒng)，至少應包括有超聲體波探頭或超聲縱波和/或橫波探6.2超聲體波探頭6.2.1超聲體波探頭(或超聲縱波和/或橫波探頭)應同時發(fā)射和接收超聲縱波和橫波；根據(jù)被檢測構等參數(shù)，以確保在聲波方向上獲得超聲縱波和橫波。探頭的聲束特性按照GB/T18852規(guī)定的方法測量。6.2.2檢測構件用和標定用的超聲體波探頭(或超聲縱波和/或橫波探頭)應保持一致，主要包括中心6.2.3超聲體波探頭(或超聲縱波和/或橫波探頭)接觸面應與被檢測構件表面良好貼合，必要時采用曲面楔塊和固定輔助工裝，探頭的發(fā)射面面積通常應小于被檢測構件截面積。6.2.4凡是能有效產生和傳播超聲縱波和橫波的探頭都可以構成體波探頭(或超聲縱波和/或橫波探6.2.5超聲體波探頭(或獨立的超聲縱波和/或橫波探頭)中的縱波探頭和橫波探頭可為一體式的，也可是分體獨立式的。6.3殘余應力超聲體波檢測儀殘余應力超聲體波檢測儀的作用是控制體波換能器激勵和接收縱波和橫波、計算超聲體波傳播時間和聲波方向應力數(shù)值和狀態(tài)；檢測儀器可由脈沖收發(fā)儀、示波器等通用儀器構成，也可采用具有脈沖收發(fā)功能、波形數(shù)字化功能和計算機等軟硬件部分構成。6.4溫度傳感器通常溫度傳感器粘貼于體波檢測探頭附近，應在有效溫度范圍內準確獲得被檢測構件的真實溫度，且測量精度滿足A級以上(或測量精度滿足0.01℃)(以鉑電阻溫度傳感器為例)。壓電式超聲體波探頭應使用專用耦合液(如橫波耦合劑),以保證在規(guī)定的工作溫度范圍內具有穩(wěn)定可靠的聲耦合。應力狀態(tài)的檢測和長期監(jiān)測，應確?？v波和橫波聲彈性系數(shù)標定過程、基準零應力標定過程與構件實際檢測過程的耦合狀態(tài)基本一致。6.6固定輔助工裝壓電式超聲體波探頭應使用固定輔助工裝，應確?？v波和橫波聲彈性系數(shù)標定過程、基準零應力標定過程與構件實際檢測過程的耦合狀態(tài)基本一致。4GB/T38952—20207縱波和橫波聲彈性系數(shù)標定7.1基本要求分別由聲彈性理論計算和拉伸試驗方法獲得縱波和橫波聲彈性系數(shù)eL、Es;基準零應力體波聲時7.2聲彈性系數(shù)的理論計算方法縱波聲彈性系數(shù)∈L按式(2)計算：……………橫波聲彈性系數(shù)∈s按式(3)計算：式中：二階拉梅彈性常數(shù)；…l,m,n——三階默納漢彈性常數(shù)。7.3聲彈性系數(shù)的拉伸試驗方法7.3.1拉伸試樣拉伸試樣形廓尺寸應符合附錄A中A.2.2的要求，材料晶格取向應與被測構件材料一致，應按附錄A規(guī)定的方法制備。7.3.2拉伸試驗應按照GB/T228.1規(guī)定的方法，在常溫環(huán)境(10℃~35℃)下，在材料彈性范圍內對試樣進行拉伸試驗。拉伸試驗前，首先應檢測拉伸試樣零應力狀態(tài)下的縱波的聲時TLo和橫波聲時Tso。拉伸試驗過程中，殘余應力超聲體波檢測儀測量所得縱波的聲時變化△t?、橫波的聲時變化△ts與拉伸試驗機輸出的標準拉應力變化△σ的關系分別如圖2a)和圖2b)所示，測量不少于9個點，重復拉伸次數(shù)不少于5次，取平均值，對數(shù)據(jù)分別進行線性擬合，得到的直線斜率即為縱波聲應力系數(shù)K?和橫波聲應力系數(shù)Ks。應力值/Mla300應力值/Mla3002502000聲時/ns3502500聲時/ns圖2拉伸應力值與聲時(△t)的線性關系5GB/T38952—20207.3.3體波聲彈性系數(shù)8L、8s縱波聲彈性系數(shù)∈u和橫波聲彈性系數(shù)es分別由式(4)和式(5)計算得到：式中：KL——縱波應力系數(shù)，單位為兆帕每納秒(MPa/ns);Ks——橫波應力系數(shù)，單位為兆帕每納秒(MPa/ns); (5)基準零應力試樣可以按GB/T16923要求利用反復退火方法制備，或按GB/T25712要求利用振動時效法、高能聲束控制法等方法(見附錄B)消減殘余應力，可以利用GB/T7704或GB/T32073所述方法對殘余應力的消減過程進行跟蹤檢測和判定。通常要求基準零應力試樣與被檢測試樣的材質、尺寸形廓和檢測表面粗糙度相同或相近。對上述基準零應力試樣進行超聲縱波和橫波檢測得到的聲時即為零應力體波聲時TLo和Tso。8檢測流程8.1基本要求殘余應力超聲體波檢測的基本流程包括：檢測前準備→檢測位置確定→檢測的實施及要求。8.2檢測前準備8.2.1應獲知被檢測構件材料的縱波聲彈性系數(shù)∈L和橫波聲彈性系數(shù)es(見7.2或7.3)。8.2.2應制備基準零應力試樣，以獲得基準零應力狀態(tài)下的縱波聲時TLo和橫波聲時Tso(見7.4)。8.2.3殘余應力體波檢測儀器和探頭應在校準有效期內且工作正常，工裝安裝應穩(wěn)定可靠。8.2.4檢測探頭形廓應滿足檢測構件表面粗糙度，即體波探頭有效地接收到底面的反射縱波和橫波。8.3檢測位置確定依據(jù)構件受力分析或用戶提出或由合同雙方商定。8.4檢測的實施及要求8.4.1被檢測構件表面應清潔無污，體波探頭與被檢測構件表面的耦合狀態(tài)應與聲彈性系數(shù)標定及縱波聲時和橫波聲時測量時的耦合狀態(tài)基本一致。8.4.2對基準零應力試塊進行檢測，在指定位置上放置超聲體波探頭，當耦合狀態(tài)穩(wěn)定時，體波檢測儀器開始檢測工作，獲得Tl和Ts。溫度傳感器測量試塊的溫度。8.4.3對構件的應力進行檢測，在指定位置上放置超聲體波探頭，當耦合狀態(tài)穩(wěn)定時，體波檢測儀器開始檢測工作，在確保有清晰體波回波的基礎上，正確截取波段，計算聲時T?和Ts,得到體波傳播方向上的應力數(shù)值和狀態(tài)。正值表示拉應力，負值表示壓應力(對零應力試塊和構件檢測的過程中，回波峰值應保證在體波檢測儀滿量程的60%到80%)。檢測構件時的環(huán)境溫度應在檢測零應力試塊時溫度6GB/T38952—2020±15℃范圍內，并對檢測到的應力數(shù)值進行實時溫度補償和修正；如果超出該溫度范圍，應對零應力聲時進行重新標定。8.4.4檢測流程中應使用零應力試塊進行標定，細化檢測流程。9檢測儀器校準應定期對殘余應力超聲體波檢測儀器進行綜合性能校準，以確認其測量數(shù)值的準確性，校準間隔最長不超過一年。具體校準方法見附錄C。10檢測報告的編寫10.1檢測記錄在殘余應力檢測過程中，可以手動或自動記錄檢測結果，檢測結果應包括檢測環(huán)境溫度、工件材料、10.2檢測報告7GB/T38952—2020(規(guī)范性附錄)A.1概述本附錄規(guī)定了殘余應力超聲體波檢測中拉伸試樣的制備方法。A.2拉伸試樣的制備A.2.1拉伸試樣的材料A.2.2拉伸試樣的形狀尺寸拉伸試樣的形狀如圖A.1所示，尺寸范圍見表A.1,允許誤差±0.1mm。標定面的表面粗糙度RaD--—拉伸試樣上、下端的直徑；h——拉伸試樣上、下端的厚度；L——拉伸試樣中間部分的長度。圖A.1拉伸試樣形狀表A.1拉伸試樣的尺寸范圍單位為毫米上下端厚度h中間部分長度L總長度上下端直徑D中間部分直徑d8GB/T38952—2020A.2.3拉伸試樣的零應力處理選擇下述方法之一，對試樣進行去應力處理：a)按GB/T16923所述方法，利用退火熱處理對試樣進行去應力處理，退火后試樣的金相組織狀態(tài)應與被檢件的材料組織狀態(tài)相同。b)按GB/T25712所述方法，利用振動時效對試樣進行去應力處理。c)按附錄B的相關方法，對試樣進行去應力處理。9GB/T38952—2020(規(guī)范性附錄)部分常用殘余應力消減方法的基本原理B.1概述本附錄給出了幾種常用的機械構件殘余應力消除方法的基本原理，提供在殘余應力的消除和基準零應力試樣制備過程中參考應用。如果在生產實際中有更好的消除方法，同樣也可以采用。B.2常用產品殘余應力消除方法的基本原理B.2.1殘余應力消減的高能聲束(AcousticBeam)方法基本原理基于高能超聲對材料的塑性誘導效應，當作用于材料內的聲束能量大于殘余應力構成的勢能時，激活材料錯位晶格，使得晶格從畸變狀態(tài)恢復到正常狀態(tài)，從而起到消減殘余應力目的。B.2.2殘余應力消減的退火(Annealing)方法基本原理利用熱處理當中的退火技術，在熱作用下通過原子擴散及塑性變形來促使內應力得到消減。B.2.3殘余應力消減的振動(Vibration)方法基本原理通過控制激振器的激振頻率，使工件發(fā)生共振和交變運動并吸收部分能量，以致材料內部發(fā)生微觀粘彈塑性力學變化，從而降低和均化工件局部殘余應力集中分布狀態(tài)。B.2.4殘余應力消減的短沖擊(ShortPining)法基本原理超聲沖擊處理方法是一種以針式沖擊頭以較高頻率撞擊機械構件表面使其發(fā)生塑性變形來消減構件表面殘余應力的方法，有細化晶粒的作用，同時對構件表面帶來微損傷。B.2.5殘余應力消減的自然時效法基本原理殘余應力自然時效消減方法通常是通過把零件暴露于自然環(huán)境下，經過幾個月至幾年的時間，使構件內部殘余應力得到逐步釋放的一種方法。B.2.6殘余應力消減的人工錘擊法基本原理人工錘擊法是利用金屬錘直接敲擊或沖擊機械構件表面而消減構件材料殘余應力的一種方法，消減效果取決于試件剛度、錘頭材質和操作者熟練程度，該方法通常只能消減構件表面殘余應力。(規(guī)范性附錄)檢測儀校準方法本附錄規(guī)定了殘余應力超聲體波檢測儀的