一種適用于刀具疲勞損傷的溫度檢測(cè)方法
【專利摘要】一種適用于刀具疲勞損傷的溫度檢測(cè)方法，它涉及刀具溫度檢測(cè)方法技術(shù)領(lǐng)域，它利用非線性超聲測(cè)試系統(tǒng)對(duì)經(jīng)過(guò)激光沖擊改性后的刀具進(jìn)行初始非線性系數(shù)β0的測(cè)定；對(duì)經(jīng)過(guò)激光沖擊改性后的刀具進(jìn)行加熱處理，初始加熱溫度為100℃，然后進(jìn)行非線性超聲測(cè)試，得到對(duì)應(yīng)的非線性系數(shù)β1；之后將溫度依次調(diào)升50℃并進(jìn)行非線性超聲測(cè)試，得到一系列非線性系數(shù)βn；將每一次計(jì)算得到的非線性系數(shù)除以初始非線性系數(shù)β0得到經(jīng)過(guò)激光沖擊改性刀具的正則化相對(duì)非線性系數(shù)λ0、λ1···λn?1；若λ＜1則繼續(xù)加熱激光沖擊改性后的刀具，直到λ＞1，說(shuō)明在該使役溫度下，經(jīng)過(guò)激光沖擊改性后的刀具發(fā)生了疲勞損傷，此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度就是經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具的耐高溫溫度。
【專利說(shuō)明】
一種適用于刀具疲勞損傷的溫度檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域
:
[0001]本發(fā)明涉及刀具溫度檢測(cè)方法技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種適用于刀具疲勞損傷的溫度檢測(cè)方法。
【背景技術(shù)】
:
[0002]經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具，其強(qiáng)度、耐高溫性、耐腐蝕性等均有顯著提高。但是激光沖擊改性處理后的零件在服役過(guò)程中的受熱溫度不應(yīng)太高，以免破壞激光強(qiáng)化延壽的處理效果。因此有必要對(duì)經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具在使役過(guò)程中疲勞損傷萌生時(shí)對(duì)應(yīng)的使役溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。
[0003]近年來(lái)，非線性超聲技術(shù)引起了人們的廣泛重視。越來(lái)越多的研究表明，材料性能退化與超聲波的非線性效應(yīng)密切相關(guān)。由于材料性能的退化，將使其中傳播的超聲波波形產(chǎn)生畸變，導(dǎo)致單一頻率的超聲波中會(huì)有高頻諧波的產(chǎn)生，即單一頻率的超聲波在具有非線性特性的介質(zhì)或結(jié)構(gòu)中傳播時(shí)將產(chǎn)生二倍、三倍等整數(shù)倍頻率的高階諧波。因此通過(guò)對(duì)這些高頻諧波的測(cè)量研究，找到其處于不同階段的聲學(xué)非線性系數(shù)，就可以對(duì)材料和結(jié)構(gòu)的早期疲勞損傷做出有效的無(wú)損檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

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[0004]本發(fā)明的目的是提供一種適用于刀具疲勞損傷的溫度檢測(cè)方法，它利用非線性超聲在線檢測(cè)激光沖擊改性刀具的疲勞損傷情況；通過(guò)該檢測(cè)方法，可以在不損壞材料的情況下獲知刀具早期疲勞損傷的使役溫度；具有在線、高效的優(yōu)點(diǎn)。
[0005]為了解決【背景技術(shù)】所存在的問(wèn)題，本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案:它的檢測(cè)方法為:
[0006]步驟一:提供一經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具；
[0007]步驟二:確定經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具表面的初始非線性系數(shù)β。:
[0008]在經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具的一側(cè)利用特定信號(hào)使超聲換能器激發(fā)出超聲波信號(hào)，在經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具的另一側(cè)通過(guò)利用超聲換能器接收超聲波信號(hào)，對(duì)接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到計(jì)算機(jī)記錄的超聲波信號(hào)中的基頻幅值A(chǔ)1和倍頻幅值A(chǔ)2 ;
[0009]定義非線性系數(shù):β = A2A12 ；
[0010]計(jì)算得到經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具表面的初始非線性系數(shù)，記為β。；
[0011]步驟三:將經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具上、中、下三個(gè)位置捆綁熱電偶并置入高溫電爐中；
[0012]步驟四:對(duì)經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具分溫度階段加熱:
[0013]通過(guò)溫控設(shè)備將高溫電爐加熱溫度設(shè)置為100°C，待熱電偶檢測(cè)到的溫度達(dá)到100°C時(shí)，停止加熱，并保溫30min后進(jìn)行疲勞損傷監(jiān)測(cè)。重復(fù)步驟二，確定第二個(gè)非線性系數(shù);將非線性系數(shù)P1除以步驟一中初始非線性系數(shù)β c得到刀具激光沖擊改性的初始正則化相對(duì)非線性系數(shù)λ。，當(dāng)相對(duì)非線性系數(shù)λ。小于I時(shí)，則繼續(xù)對(duì)改性后的刀具進(jìn)行加熱處理；
[0014]定義非線性系數(shù):β = A22A112 ；
[0015]步驟五:對(duì)激光沖擊改性后的刀具分溫度階段加熱:
[0016]通過(guò)溫控設(shè)備將溫度上調(diào)50°C，熱電偶檢測(cè)到溫度達(dá)到150°C時(shí)，停止加熱，并保溫30min后再進(jìn)行疲勞損傷監(jiān)測(cè)，重復(fù)步驟一，確定第三個(gè)非線性系數(shù)β 2，將非線性系數(shù)β 2除以步驟一中初始非線性系數(shù)β ο得到鈦合金激光沖擊改性的第二正則化相對(duì)非線性系數(shù)λ 當(dāng)相對(duì)非線性系數(shù)λ i小于I時(shí)，則繼續(xù)對(duì)改性后的刀具進(jìn)行加熱處理；
[0017]步驟六:重復(fù)步驟二至步驟三的操作，得到第η個(gè)非線性系數(shù)βη，將非線性系數(shù)β η除以步驟一中初始非線性系數(shù)β ^得到刀具激光改性的第η-1個(gè)正則化相對(duì)非線性系數(shù)λ n i，直到相對(duì)非線性系數(shù)大于I時(shí)，可認(rèn)為激光沖擊改性后的刀具發(fā)生疲勞損傷，則得到對(duì)應(yīng)的疲勞損傷的使役溫度。
[0018]所述的刀具易疲勞失效區(qū)具體應(yīng)為刀具刀刃區(qū)域。
[0019]本發(fā)明利用非線性超聲在線檢測(cè)方法檢測(cè)激光沖擊改性后刀具疲勞損傷萌生的使役溫度；研究表明金屬材料的非線性主要來(lái)自于位錯(cuò)、晶帶滑移等微觀缺陷。不同疲勞損傷程度具有不同的微觀缺陷組態(tài)，非線性系數(shù)的大小也不同，從而借助非線性系數(shù)來(lái)了解材料的疲勞損傷情況；本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于提出了利用非線性超聲在線檢測(cè)激光沖擊改性刀具的疲勞損傷情況；通過(guò)該檢測(cè)方法，可以在不損壞材料的情況下獲知刀具早期疲勞損傷的使役溫度；具有在線、高效的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說(shuō)明】
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[0020]圖1為本發(fā)明中激光沖擊改性后刀具的加熱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖2為本發(fā)明中非線性超聲測(cè)試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
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[0022]本【具體實(shí)施方式】采用如下技術(shù)方案:該方法包括:利用非線性超聲測(cè)試系統(tǒng)對(duì)經(jīng)過(guò)激光沖擊改性后的刀具進(jìn)行初始非線性系數(shù)的測(cè)定；對(duì)經(jīng)過(guò)激光沖擊改性后的刀具進(jìn)行加熱處理，初始加熱溫度為100°c，然后進(jìn)行非線性超聲測(cè)試，得到對(duì)應(yīng)的非線性系數(shù)β 10之后將溫度依次調(diào)升50°c并進(jìn)行非線性超聲測(cè)試，得到一系列非線性系數(shù)βη ;將每一次計(jì)算得到的非線性系數(shù)除以初始非線性系數(shù)β ο得到經(jīng)過(guò)激光沖擊改性刀具的正則化相對(duì)非線性系數(shù)λ。、λ η λ2、λ3...\η1.Μ λ < I則繼續(xù)加熱激光沖擊改性后的刀具，直到λ > 1，說(shuō)明在該使役溫度下，經(jīng)過(guò)激光沖擊改性后的刀具發(fā)生了疲勞損傷，此時(shí)對(duì)應(yīng)的溫度就是經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具的耐高溫溫度。
[0023]參看圖1，激光沖擊改性后刀具的加熱系統(tǒng)，它包括溫控設(shè)備101、高溫電爐102 (高溫電爐是MTS809 Materials Testing System拉一扭復(fù)合疲勞試驗(yàn)機(jī)所附加模塊，該高溫電爐配有溫控設(shè)備，最高試驗(yàn)溫度可達(dá)1000°C )、熱電偶103 (熱電偶是溫度測(cè)量?jī)x表中常用的測(cè)溫元件，可直接測(cè)量溫度且耐熱性好，最高耐熱溫度達(dá)2800°C )、激光沖擊改性后的刀具一 104、計(jì)算機(jī)一 105 ;三個(gè)熱電偶103分別捆綁于激光沖擊改性后刀具的上、中、下三個(gè)表面，一并置入高溫電爐；熱電偶103的輸出端連接于計(jì)算機(jī)一 105監(jiān)測(cè)溫度值。
[0024]如圖2所示，非線性超聲測(cè)試系統(tǒng)，它包括:示波器201，主機(jī)202，計(jì)算機(jī)二 203，前置衰減及低通濾波模塊204，超聲波激發(fā)裝置205，超聲波接收裝置207。示波器201的型號(hào)為TDS3034B，主機(jī)202的型號(hào)為Ritec SNAP-0.25-7-G2，前置衰減及低通濾波模塊204的型號(hào)為RLP-2。利用同軸電纜將主機(jī)202的信號(hào)輸出端A與前置衰減及低通濾波模塊204的輸入端連接，前置衰減及低通濾波模塊204的輸出端與超聲換能器205連接，超聲換能器的信號(hào)接入主機(jī)202的接收端B，主機(jī)202的信號(hào)監(jiān)視端口 C與示波器201連接。
[0025](010)、確定激光沖擊改性后的刀具的表面進(jìn)行初始非線性系數(shù)β。；
[0026]在激光沖擊改性后的刀具二 206的一側(cè)利用特定信號(hào)使超聲換能器205激發(fā)出超聲波信號(hào)，在激光沖擊改性后刀具的另一側(cè)通過(guò)利用超聲換能器207接收超聲波信號(hào)，對(duì)接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到計(jì)算機(jī)二 203記錄的超聲波信號(hào)中的基頻幅值A(chǔ)1和倍頻幅值A(chǔ)2 ；
[0027]定義非線性系數(shù):β = A2A12 ；
[0028]計(jì)算得到刀具激光沖擊改性表面的初始非線性系數(shù)，記為β。；
[0029](011)、將激光沖擊改性后的刀具一 104上、中、下三個(gè)位置捆綁熱電偶103并置入高溫電爐102中；
[0030](012)、對(duì)激光沖擊改性后的刀具分溫度階段加熱:
[0031]通過(guò)溫控設(shè)備將高溫電爐102加熱溫度設(shè)置為待100°C，待熱電偶103檢測(cè)到的溫度達(dá)到100°C時(shí)，停止加熱，并保溫30min后進(jìn)行疲勞損傷監(jiān)測(cè)。重復(fù)步驟(010)，確定第二個(gè)非線性系數(shù)βρ將非線性系數(shù)P1除以步驟一中初始非線性系數(shù)β c得到刀具激光沖擊改性的初始正則化相對(duì)非線性系數(shù)λ。，當(dāng)相對(duì)非線性系數(shù)λ。小于I時(shí)，則繼續(xù)對(duì)改性后的刀具進(jìn)行加熱處理；
[0032](013)、對(duì)激光沖擊改性后的刀具分溫度階段加熱:
[0033]通過(guò)溫控設(shè)備101將溫度上調(diào)50°C，熱電偶103檢測(cè)到溫度達(dá)到150°C時(shí)，停止加熱，并保溫30min后再進(jìn)行疲勞損傷監(jiān)測(cè)，重復(fù)步驟
[0010]，確定第三個(gè)非線性系數(shù)β2，將非線性系數(shù)@2除以步驟一中初始非線性系數(shù)β c得到刀具激光沖擊改性的第二正則化相對(duì)非線性系數(shù)λ 當(dāng)相對(duì)非線性系數(shù)λ i小于I時(shí)，則繼續(xù)對(duì)改性后的刀具進(jìn)行加熱處理；
[0034](014)、重復(fù)步驟(010)至步驟(013)的操作，得到第η個(gè)非線性系數(shù)βη，將非線性系數(shù)@。除以步驟一中初始非線性系數(shù)得到刀具激光改性的第η-1個(gè)正則化相對(duì)非線性系數(shù)λη1，直到相對(duì)非線性系數(shù)大于I時(shí)，可認(rèn)為激光沖擊改性后的刀具發(fā)生疲勞損傷，則得到對(duì)應(yīng)的疲勞損傷的使役溫度。
[0035]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種適用于刀具疲勞損傷的溫度檢測(cè)方法，其特征在于它的檢測(cè)方法為: 步驟一:提供一經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具； 步驟二:確定經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具表面的初始非線性系數(shù): 在經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具的一側(cè)利用特定信號(hào)使超聲換能器激發(fā)出超聲波信號(hào)，在經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具的另一側(cè)通過(guò)利用超聲換能器接收超聲波信號(hào)，對(duì)接收到的超聲波信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到計(jì)算機(jī)記錄的超聲波信號(hào)中的基頻幅值A(chǔ)1和倍頻幅值A(chǔ)2 ； 定義非線性系數(shù):β = A2A12 ； 計(jì)算得到經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具表面的初始非線性系數(shù)，記為; 步驟三:將經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具上、中、下三個(gè)位置捆綁熱電偶并置入高溫電爐中； 步驟四:對(duì)經(jīng)過(guò)激光沖擊改性的刀具分溫度階段加熱: 通過(guò)溫控設(shè)備將高溫電爐加熱溫度設(shè)置為100°C，待熱電偶檢測(cè)到的溫度達(dá)到100°C時(shí)，停止加熱，并保溫30min后進(jìn)行疲勞損傷監(jiān)測(cè)。重復(fù)步驟二，確定第二個(gè)非線性系數(shù);將非線性系數(shù)P1除以步驟一中初始非線性系數(shù)β c得到刀具激光沖擊改性的初始正則化相對(duì)非線性系數(shù)λ。，當(dāng)相對(duì)非線性系數(shù)λ。小于I時(shí)，則繼續(xù)對(duì)改性后的刀具進(jìn)行加熱處理； 定義非線性系數(shù):β = A22A112 ； 步驟五:對(duì)激光沖擊改性后的刀具分溫度階段加熱: 通過(guò)溫控設(shè)備將溫度上調(diào)50°c，熱電偶檢測(cè)到溫度達(dá)到150°C時(shí)，停止加熱，并保溫30min后再進(jìn)行疲勞損傷監(jiān)測(cè)，重復(fù)步驟一，確定第三個(gè)非線性系數(shù)β2，將非線性系數(shù)β2除以步驟一中初始非線性系數(shù)β ο得到鈦合金激光沖擊改性的第二正則化相對(duì)非線性系數(shù)λ 1；當(dāng)相對(duì)非線性系數(shù)λ i小于I時(shí)，則繼續(xù)對(duì)改性后的刀具進(jìn)行加熱處理； 步驟六:重復(fù)步驟二至步驟三的操作，得到第η個(gè)非線性系數(shù)βη，將非線性系數(shù)βη除以步驟一中初始非線性系數(shù)β。得到刀具激光改性的第η-1個(gè)正則化相對(duì)非線性系數(shù)λ n i，直到相對(duì)非線性系數(shù)大于I時(shí)，可認(rèn)為激光沖擊改性后的刀具發(fā)生疲勞損傷，則得到對(duì)應(yīng)的疲勞損傷的使役溫度。
【文檔編號(hào)】G01N29/04GK105890792SQ201410428112
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2014年8月28日
【發(fā)明人】任旭東, 戴文杰, 任乃飛, 謝善忠, 徐士東, 殷文元, 崔衛(wèi)東, 尹小琴, 張西良, 王勻, 王存堂, 張曉榮, 謝方偉
【申請(qǐng)人】江蘇萬(wàn)力機(jī)械股份有限公司, 江蘇大學(xué)