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结构残余应力检测


残余应力(Residual Stress) 消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力。机械加工和强化工艺都能引起残余应力。如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热处理等,因不均匀塑性变形或相变都可能引起残余应力。残余应力一般是有害的,如零件在不适当的热处理、焊接或切削加工后,残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形,甚至开裂。或经淬火、磨削后表面会出现裂纹。残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷,而当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加,使总应力超过强度极限时,便出现裂纹和断裂。零件的残余应力大部分都可通过适当的热处理消除。残余应力有时也有有益的方而,它可以被控制用来提高零件的疲劳强度和耐磨性能。

工件在制造过程中,将受到来自各种工艺等因素的作用与影响;当这些因素消失之后,若构件所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失,仍有部分作用与影响残留在构件内,则这种残留的作用与影响。也称残余应力。

残余应力是当物体没有外部因素作用时,在物体内部保持平衡而存在的应力。

凡是没有外部作用,物体内部保持自相平衡的应力,称为物体的固有应力,或称为初应力,亦称为内应力

检测方法

1.盲孔法残余应力测量

它的原理是在平衡状态下的原始应力场上钻孔 ,以去除一部分具有应力的金属,而使圆 孔附近部分金属内的应力得到松弛,钻孔破坏了原来的应力平衡状态而使应力重新分布,并呈现新 的应力平衡,从而使圆孔附近的金属发生位移或应变,通过高灵敏度的应变仪,测量钻孔后的应变 量,就可以计算原应力场的应力值。

残余应力检测仪主要采用盲孔法进行各种材料和结构的残余应力分析和研究,还可作为在静力强度研究中测量结构及材料任意点变形的应力分析仪器。如果配用相应的传感器,也可以测量力、压力、扭矩、位移和温度等物理量。它以计算机为中央微处理机,采用高精度测量放大器、数据采集和处理器,测量中无需调零,可直接测出残余应力值的大小及方向,实现了残余应力测量的自动化。

2.磁测法残余应力测量

磁测法残余应力检测法主要是通过磁测法来测定铁磁材料在内应力的作用下磁导率发生的变化确定残余应力的大小和方向。众所周知,铁磁材料具有磁畴结构,其磁化方向为易磁化轴向方向,同时具有磁致伸缩性效应,且磁致伸缩系数是各向异性的,在磁场作用下,应力产生磁各向异性。磁导率作为张量与应力张量相似。通过精密传感器和高精度的测量电路,将磁导率变化转变为电信号,输出电流(或电压)值来反映应力值的变化,并通过装有特定残余应力计算机软件的计算机计算,得出残余应力的大小、方向和应力的变化趋势。

3.X射线衍射法残余应力测量

在各种无损测定残余应力的方法之中,X射线衍射法被公认为最可靠和最实用的。它原理成熟,方法完善,经历了七十余年的进程,在国内外广泛应用于机械工程和材料科学,取得了卓著成果。

X-射线应力测定仪是一种简化和实用化的X射线衍射装置,因而它还有一项附加的功能──测定钢中残余奥氏体含量。由于它适用于各种实体工件,而且能够针对同一点以不同的φ角、Ψ角进行测试,以探测织构的影响,这项功能便具备了重要而独特的用途。

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