鉆孔應(yīng)變法測(cè)量殘余應(yīng)力的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試方法

胡木生、張偉平。 2100433B

水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心、廣東江海機(jī)電工程有限公司等。

殘余應(yīng)力的測(cè)試方法很多，按其對(duì)于被測(cè)構(gòu)件是否具有破壞性而言，可分為有損側(cè)試法與

無損測(cè)試法等兩大類。本節(jié)介紹有損測(cè)試法。

鉆孔法、取條法、切槽法、剝層法等都屬于有損測(cè)試法。這種測(cè)試方法的基本原理是將欲

測(cè)構(gòu)件，利用機(jī)械加工的方法(如鉆孔等)，使其因釋放部分應(yīng)力而產(chǎn)生相應(yīng)的位移與應(yīng)變，盆

測(cè)這些位移或應(yīng)變.經(jīng)換算，得知構(gòu)件加工處原有的應(yīng)力。因此，這種測(cè)試方法又稱為機(jī)械側(cè)

試法或應(yīng)力釋放法。

由于采用取條法、切梢法、剝層法等對(duì)于被測(cè)構(gòu)件都有較大的破壞性，因此本章重點(diǎn)介紹

鉆孔法。

鉆孔應(yīng)力釋放及其電側(cè)法(通孔法、盲孔法)

鉆孔法的基本原理

鉆孔法是由J. Mathar于1932年提出的，其基本思想是在具有殘余應(yīng)力的構(gòu)件上鉆一小

孔，使孔的鄰域內(nèi)山于部分應(yīng)力釋放而產(chǎn)生相應(yīng)的位移與應(yīng)變，測(cè)量這些位移或應(yīng)變，經(jīng)換算

得鉆孔處原有的應(yīng)力。"para w43df6" label-module="para">2100433B

1.盲孔法殘余應(yīng)力測(cè)量

它的原理是在平衡狀態(tài)下的原始應(yīng)力場(chǎng)上鉆孔 ，以去除一部分具有應(yīng)力的金屬，而使圓 孔附近部分金屬內(nèi)的應(yīng)力得到松弛，鉆孔破壞了原來的應(yīng)力平衡狀態(tài)而使應(yīng)力重新分布，并呈現(xiàn)新 的應(yīng)力平衡，從而使圓孔附近的金屬發(fā)生位移或應(yīng)變，通過高靈敏度的應(yīng)變儀，測(cè)量鉆孔后的應(yīng)變 量，就可以計(jì)算原應(yīng)力場(chǎng)的應(yīng)力值。

殘余應(yīng)力檢測(cè)儀主要采用盲孔法進(jìn)行各種材料和結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力分析和研究，還可作為在靜力強(qiáng)度研究中測(cè)量結(jié)構(gòu)及材料任意點(diǎn)變形的應(yīng)力分析儀器。如果配用相應(yīng)的傳感器，也可以測(cè)量力、壓力、扭矩、位移和溫度等物理量。它以計(jì)算機(jī)為中央微處理機(jī)，采用高精度測(cè)量放大器、數(shù)據(jù)采集和處理器，測(cè)量中無需調(diào)零，可直接測(cè)出殘余應(yīng)力值的大小及方向，實(shí)現(xiàn)了殘余應(yīng)力測(cè)量的自動(dòng)化。

2.磁測(cè)法殘余應(yīng)力測(cè)量

磁測(cè)法殘余應(yīng)力檢測(cè)法主要是通過磁測(cè)法來測(cè)定鐵磁材料在內(nèi)應(yīng)力的作用下磁導(dǎo)率發(fā)生的變化確定殘余應(yīng)力的大小和方向。眾所周知，鐵磁材料具有磁疇結(jié)構(gòu)，其磁化方向?yàn)橐状呕S向方向，同時(shí)具有磁致伸縮性效應(yīng)，且磁致伸縮系數(shù)是各向異性的，在磁場(chǎng)作用下，應(yīng)力產(chǎn)生磁各向異性。磁導(dǎo)率作為張量與應(yīng)力張量相似。通過精密傳感器和高精度的測(cè)量電路，將磁導(dǎo)率變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，輸出電流（或電壓）值來反映應(yīng)力值的變化，并通過裝有特定殘余應(yīng)力計(jì)算機(jī)軟件的計(jì)算機(jī)計(jì)算，得出殘余應(yīng)力的大小、方向和應(yīng)力的變化趨勢(shì)。

3.X射線衍射法殘余應(yīng)力測(cè)量

在各種無損測(cè)定殘余應(yīng)力的方法之中，X射線衍射法被公認(rèn)為最可靠和最實(shí)用的。它原理成熟，方法完善，經(jīng)歷了七十余年的進(jìn)程，在國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用于機(jī)械工程和材料科學(xué)，取得了卓著成果。

X-射線應(yīng)力測(cè)定儀是一種簡(jiǎn)化和實(shí)用化的X射線衍射裝置，因而它還有一項(xiàng)附加的功能──測(cè)定鋼中殘余奧氏體含量。由于它適用于各種實(shí)體工件，而且能夠針對(duì)同一點(diǎn)以不同的φ角、Ψ角進(jìn)行測(cè)試,以探測(cè)織構(gòu)的影響，這項(xiàng)功能便具備了重要而獨(dú)特的用途。

盲孔法殘余應(yīng)力檢測(cè)法就是在工件的被測(cè)部位貼上應(yīng)變花（計(jì)），通過在應(yīng)變花（計(jì)）中心打一個(gè)Φ2mm左右的小盲孔引起殘余應(yīng)力的釋放，同時(shí)，由殘余應(yīng)力測(cè)試儀將這種釋放量測(cè)出并通過計(jì)算得出該部位的殘余應(yīng)力大小和方向。