咨询热线:15951085283
--- 联系我们 ---

咨询热线:15951085283

联系电话:025-84312185

传真:025-84312185

网址:

邮箱:juhangvsr@163.com

地址:南京市光华路156号

您的位置:技术资讯 >> 残余应力检测 >> 浏览文章 技术资讯
 

盲孔法测量残余应力的原理

分类:残余应力检测    关键词:盲孔法测量残余应力

1、前言:
    通常讲,一个物体,在没有外力和外力矩作用、温度达到平衡、相变已经终止的条件下,其内部仍然存在并自身保持平衡的应力叫做内应力。
    按照德国学者马赫劳赫提出的分类方法,内应力分为三类:
     第Ⅰ类内应力是存在于材料的较大区域(很多晶粒)内,并在整个物体各个截面保持平衡的内应力。当一个物体的第Ⅰ类内应力平衡和内力矩平衡被破坏时,物体会产生宏观的尺寸变化。
     第Ⅱ类内应力是存在于较小范围(一个晶粒或晶粒内部的区域)的内应力。
     第Ⅲ类内应力是存在于极小范围(几个原子间距)的内应力。
     在工程上通常所说的残余应力就是第Ⅰ类内应力。到目前为止,第Ⅰ类内应力的测量技术最为完善,它们对材料性能和构件质量的影响也研究得最为透彻。
     除了这样的分类方法以外,工程界也习惯于按产生残余应力的工艺过程来归类和命名,例如铸造应力、焊接应力、热处理应力、磨削应力、喷丸应力等等,而且一般指的都是第Ⅰ类内应力。
2、钻盲孔法测量残余应力的原理
      目前在焊接件和铸件上应用的较多的残余应力测量方法是盲孔法,盲孔法就是在工件上钻一小通孔或不通孔,使被测点的应力得到释放,并由事先贴在孔周位的应变计测得释放的应变量,再根据弹性力学原理计算出残余应力来。钻孔的直径和深度都不大,是一种微创检测方法,不会影响被测构件的正常使用。并且这种方法具有较高的精度,因此它已成为应用比较广泛的方法。
     当残余应力沿厚度方向的分布比较均匀时,可采用一次钻孔法测量残余应力的量值。
在有残余应力的焊接钢板上钻一小孔,因小孔附近的残余应力被释放,孔区附近的残余应力场发生变化。只要测出该局部区域的应变变化量,即可计算出板上钻孔处释放前的残余应力值σ1 、σ2:


盲孔法测量残余应力的原理.jpg

TJ120-1.5-φ1.5应变花在普通钢材上的释放系数,为:

A=-0.0725±10%(2 倍标准差)

B=-0.15140±6%(2 倍标准差)

     需要说明的是,释放系数A、B与应变花的几何尺寸、孔径、孔深及材料的弹性模量E及泊松比µ有关,应用时必须对每种被测材料进行标定,A、B系数不能通用
     被测点钻一小孔只能使残余应力局部释放,因此应变计所测出的释放应变值很小,必须采用高精度的应变计。为了不断提高测量精度,还必须十分注意产生误差的各种因素,其中最主要的是钻孔设备的精度和钻孔技术,还有应变测试误差。一般来说钻孔深度 h≥2a 即可。
3、残余应力检测仪器
       残余应力检测仪器的实质是电阻应变仪。残余应力检测仪是利用应变片直接测量残余应力的专用仪器,在科研和工业生产中常常需要研究机械设备构件或组件应力的状况,测量构件形变时应变力,如高压容器(高压气瓶、高压锅炉),生产过程中必须采用应变测量方法检测耐压和变形时压力;火炮生产需了解火炮发射时炮管形变,飞机导弹研制时要在特殊的“风洞”实验场中模拟高空状态下飞行时机身、机翼等各部件的形变情况;汽车制造需测试汽车底盘承压时的形变。
应变仪原理框图

盲孔法测量残余应力的原理1.jpg


        残余应力检测仪是三路应变测量电桥组成的,内置高速CPU,对测量结果进行实时计算,能根据不同材料输入不同常数,直接计算和显示残余应力大小和角度。测量的准确性和稳定性取决于检测仪的电桥的精度,放大器的温飘,滤波器的精度。
4、应变片温度误差及补偿
      应变片安装在自由膨胀的试件上,如果环境温度变化,应变片的电阻也会变化,这种变化叠加在测量结果中称应变片温度误差。


盲孔法测量残余应力的原理2.jpg


       应变片温度误差来源有两个:应变片本身电阻温度系数αt影响和试件材料的线膨胀系数βg影响。温度补偿方法:电桥线路补偿、自补偿、辅助测量补偿、热敏电阻补偿、计算机补偿。通常采用线路补偿:在被测上安装一个应变片,在另一个与被测试件上安装一个补偿片,并完全处于相同的温度场,测量时位于相邻的电桥臂上,温度变化时ΔR1与ΔRB相等变化,使电桥输出U0与温度无关。
5、钻孔设备及钻孔要求
    (1).钻孔设备的结构应该简单,便于携带,易于固定在构件上,同时要求对中方便,钻孔深度易于控制,并能适应在各种曲面上工作。图3.10为小孔钻的结构图,这种钻具能较好地实现上述要求,借助4个可调节X、Y方向的位置和上、下位置,以保持钻孔垂直于工件表面,用万向节与可调速手电钻连接施行钻孔。


盲孔法测量残余应力的原理3.jpg


    (2).钻孔的技术要求:
       ①被测表面的处理要符合应变测量的技术要求,直角应变片应用502胶水准确地粘贴在测点位置上,并用胶带覆盖好丝栅,防止铁屑破坏丝栅。
      ②钻孔时要保证钻杆与测量表面垂直,钻孔中心偏差应控制在±0.025 mm以内。
      ③钻孔时要稳,机座不能抖动。钻孔速度要低,钻孔速度快易导致应变片的温度漂移,孔周切削应变增大使测量不稳定。为消除切削应变的影响,可先采用小钻头钻孔然后再用铣刀洗孔。

如果无法使用小孔钻,可以使用喷沙打孔法打一盲孔,喷沙打孔的方法就是利用压缩空气带动Al2O3或SiO2粉末,通过回转的喷嘴对准应变花中心打孔标志,喷吹表面而得一盲孔。这种方法实际上是一种磨削过程,其产生的热量由气流冷却,加之切削量很小,因此打孔时引起的附加应力较小,喷沙打孔法的测量精度较高。


上一条:盲孔法测量残余应力的方法概述 下一条:盲孔法测量残余应力优缺点