殘余應力測試方法

金屬材料在機械加工和熱加工（鑄件、焊接件、鍛件）的過程中都會產生不同的殘余應力。殘余應力的存在對材料的力學性能有著 重大的影響，焊接件的制造和熱處理過程中尤為明顯。殘余應力的存在，一方面工件會降低強度，使工件在制造時產生變形和開裂等工藝缺陷；另一方面又會在制造后的自然釋放過程中使材料的疲勞強度、應力腐蝕等力學性能降低。從而造成使用中的問題。因此，殘余應力的檢測對于熱處理工藝、表面強化處理工藝、消除應力工藝的效果及廢品分析等都有很重要的意義。

 

殘余應力的測量方法可以分為有損和無損兩大類。

有損測試方法就是應力釋放法，也可以稱為機械的方法；無損方法就是物理的方法。

機械方法目前用得較多的是鉆孔法（盲孔法），其次還有針對一定對象的環芯法。

物理方法中用得Z多的是X射線衍射法，其他主要物理方法還有中子衍射法、磁性法、超聲法以及壓痕應變法。

殘余應力的檢測國內外均已開展多年，其測定方法可分為機械測定法和物理測定法。機械測定法測定時須將局部分離或分割使應力釋放，這就要對工件造成一定損傷甚至破壞，典型的有切槽法和鉆孔法，這方面技術成熟，理論完善。其中尤以小直徑盲孔法因對工件損傷較小、測量較可靠，已成為現場實測的一種標準試驗方法(見ASTM E837-99)。物理測定法主要有射線法、磁性法、超聲波法，以及國內首創的壓痕應變法（GB/T 24179-2009），均屬于無損檢測方法。射線法理論完善，但因有射線傷害和僅能測定表面應力使其應用受到很大限制；磁性法為根據鐵磁體磁飽和過程中應力與磁化曲線之間的變化關系進行測定，在一定范圍內適用；壓痕應變法采用電阻應變片作為測量用敏感元件，在應變花中心部位采用沖擊加載制造壓痕以代替鉆孔，通過應變儀記錄壓痕區外彈性區應變增量的變化，從而獲得對應于殘余應力大小的真實彈性應變，求出殘余應力的大小。從已有工程應用結果看，這類方法既有應力釋放法的優點，測試設備相對簡單，測試結果準確可靠，又有物性法的優點，被測件表面無明顯損傷（壓痕直徑約1.2mm，深度0.2mm），屬于無損應力檢測方法。綜合各方面的資料，本公司目前開展殘余應力檢測方面的研究主要以X射線衍射法，激光小孔法、盲孔法為主。

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

 

xstress3000G3殘余應力測試儀

具體步驟如下：

①、將TJ120-1.5-φ1.5應變花按應變計粘貼通用方法準確粘貼在試樣測量點上，并焊好測量導線。粘貼前試樣表面應打磨，但在打磨時不能破壞原有殘余應力場。

②、連接靜態電阻應變儀。以待測的應變花作為補償片，將各應變計所接電橋調零。

③、安裝鉆具，將帶觀察鏡的鉆具放在試樣表面上，必要時 開啟照明燈，在觀察鏡里觀察，初步對準應變花中心位置。然后在鉆具支腿與試樣接觸處滴少許502膠水，膠水固化后擰緊鉆具支腿上的鎖帽，將鉆具固定于試樣表面。再松開鎖緊壓蓋，調X-Y方向的四個調節螺釘3（必須先松后緊），使觀察鏡1的十字線中心在轉動觀察鏡觀察時始終與應變花中心保持重合。鎖緊壓蓋2，靜態電阻應變儀重新調零。

④、鉆孔，取下觀察鏡，將專用端面銑刀的鉆桿擦干凈，滴上潤滑油（需用縫紉機油，不可使用一般機油），插入鉆具的套筒內，用手輕輕轉動，劃去鉆孔部位的應變花基底后，取出鉆桿。此時，每個應變計的應變讀數應當變化不大，再次調整靜態電阻應變儀的零點。

將配置φ1.0mm鉆頭的鉆桿擦干凈，滴上潤滑油插入鉆具套筒內，松開鉆桿上的定位卡圈11，在鉆桿卡圈與鉆具套筒7間塞入厚度為2.0mm的鉆孔深度控制墊塊8，使鉆頭與工件接觸后固定卡圈。除去2.0mm的墊塊，連接好手電鉆，調壓器調至60~70V，即可開鉆。保持合適的壓力，鉆至卡圈與夾具套筒間貼合，即預定孔深（2.0mm），拔出鉆桿。再換上配置φ1.5mm麻花鉆桿，按以上相同步驟進行鉆孔，。

特點

xstress3000G3殘余應力測試儀適于精確檢測殘余應力，既能消除打孔誤差，還能長導線補償； 釋放系數未知時，可自動計算；適于應變測量、應力檢測；可海量存儲測試結果并查詢、列表；可插U盤，并通過PC回放分析測試結果。

殘余應力測試儀檢測標準

CB 3395-92 《殘余應力測試方法 鉆孔應變釋放法》

SL 499-2010 《鉆孔應變法測量殘余應力的標準測試方法》

GB/T 24179-2009《金屬材料 殘余應力測定 壓痕應變法》

ASTM E837-99 《小直徑盲孔法》

GB/T 7704-2008 《無損檢測 X射線應力測定方法 》