CN1013408B - 一种无损测定残余应力的方法 - Google Patents
一种无损测定残余应力的方法Info
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Abstract
本发明为一种无损测定残余应力的方法。它是一种利用电阻应变仪或直流双臂电桥进行物理称量的方法。当零、构件的残余应力不同时，其电阻也不同。把传感器的两个支点与测点所形成的电阻和连接电阻应变仪或直流双臂电桥与传感器的屏蔽金属导线串联构成整个桥臂。从在“零应力”试样和测点上所测得的“应变”或电阻差值，根据标定曲线确定测点的残余应力值。可在金属零、构件的平面、曲面和内腔中进行测量。准确度可达±30～40MPa，标距≤15毫米。
Description
本发明是一种根据电桥原理，利用电阻应变仪或直流双臂电桥而不用电阻应变片进行零、构件残余应力无损检测的物理称量方法。
目前国内外残余应力的测量分有损检测和无损检测两种。传统的应力释放法（如梳状切条法、机械镗削法和小孔法等）均利用电阻应变仪，但必须使用电阻应变片，测量应力释放前后的应变差值，根据弹性力学公式计算出残余应力。这些方法均为有损检测，在很多情况下不宜在产品零、构件上使用。X射线衍射法、磁测法和超声法等均为无损检测法。然而X射线衍射法所采用的设备昂贵（国产X-Ⅱ型X射线应力仪价格为12万元，国产BX85型X射线应力测定仪价格为5.8万元，国外产品更贵，如法国85年研制成功的SET-X应力仪价格为60万法郎），对操作者的技术水平要求较高，产生X射线须有20千伏以上的高压电源，X射线对人体健康有害，因此必须对高压电和X射线辐射采取防护措施，而且其测角器具有较大的体积，一般的X射线应力仪都不可能在600×600×600毫米以下的零件内腔中进行测量。磁测法的传感器不太大（例如国产CY-2型压磁应力测量仪的传感器的外形尺寸为ψ60×70毫米，测量标距为24×24毫米），但它对测点表面要求较高（在≥ψ30毫米的平面光洁度为6，并严格要求平整），目前还未能妥善解决在曲面上测量的问题。超声法尚处于实验室研制阶段，而且设备昂贵，对操作者技术水平要求较高，对测量表面也有较严格的要求。
本发明的目的在于提供一种利用普遍使用的电阻应变仪或直流双臂电桥而能在零、构件的平面、曲面和200×200×200毫米以上零件内腔中进行残余应力无损测定的方法。
本发明所使用的移动式三支点电阻传感器外形尺寸在ψ70×75毫米以下，其成本极低，测量时无须用电阻应变片。
本发明的工作原理简单。和电阻应变片的工作原理相似，当金属零、构件的残余应力不同时，其电阻也不同。只要应用电桥原理，把金属零、构件测点表面电阻非常微弱的差异分辨出来，便可以将其表面的残余应力测定出来。
（一）利用电阻应变仪测定残余应力：
图1为本发明的电桥各桥臂示意图，其中（1）为金属导线电阻;（2）为电阻应变仪与传感器连接的屏蔽金属导线电阻;（3）为零、构件测点标距间的电阻和接触电阻的叠加电阻;（4）为电阻应变仪固有电阻或金属导线电阻;（6）为传感器两良导体支点。
图2为本发明的传感器的A-A剖视图，其中（5）为绝缘板;（7）为壳体;（8）为接线螺母;（9）为待测试样表面。
图3为本发明的传感器的B-B剖视图，其中（10）为支承柱螺母。X-X为待测残余应力的方向。
首先准备好一块经二次退火充分消除残余应力的“零应力”试样，其材料应与待测试样完全相同，其厚度和形状应尽量相似。
准备好一小段直径大于30毫米的紫铜圆棒作为标准块。其横断面锉平后用No1号砂纸打磨光。
“零应力”试样测点和待测试样的测点也用No1号砂纸打磨光。它们的表面状态应尽量一致;它们在试样中所处的部位也应尽量相同。
首先用标准电阻把应变仪进行电阻和电容平衡，然后按图1、图2和图3把各桥臂线路连接好。
把传感器放在紫铜校准块横断面上测量，当电阻应变仪上的“应变”读数与往常所测数据一致时，说明仪器和线路均能正常工作，可以进行正式测量。
测量时，先用传感器在“零应力”试样测点和待测试样测点上交替测量，得出大致的“应变”值，把较大的绝对值（相应于较大的电阻值）作为起始对比测量值，列出测量记录表（参看表1）。把电阻应变仪“应变”读数指针调至起始对比测量值上（例如-13200με）。
测量时，应用手轻轻把传感器在测点上移动，但两支点（6）的联线不能偏离所需测定的方向（参看图2和图3）。当“应变”读数指针指零或偏向较小的绝对值时，即可算“通过”，在测量记录表上打“通过”记号，否则把“不通过”记号。
然后，把电阻应变仪“应变”读数调到更小的绝对值，如此在“零应力”试样和待测试样反复交替进行，直至都不通过为止（参看表1）。
根据“零应力”试样测点和待测试样测点所测得的“应变”值的差异，从标定曲线即可得到该测点在所测方向的残余应力值。
标定时，用本发明的方法在“零应力”试样与标定试样的一系列测点上所得到的“应变”差值和用传统的方法（如小孔法、梳状切条法、和磁测法等）在标定试样上相同的一系列测点测得的残余应力值进行对比，得出标定曲线。标定试样的材料与待测试样完全相同，厚度和形状尽量一致，并人为地使它具有相当大幅度的拉、压残余应力。每种材料需标定一次。
（二）利用直流双臂电桥测定残余应力：
测量方法与利用电阻应变仪测定残余应力的方法相似。同样采用图2和图3所示的移动式三支点电阻传感器;准备好一小段直径大于30毫米的紫铜棒作为校准块，其横断面锉平后用No1号砂纸打磨光;“零应力”试样测点和待测试样的测点也用No1号砂纸打磨光。它们的表面状态应尽量一致，以使接触电阻尽量一致，它们在试样中所处的部位也应尽量相同。
把图1中的BC桥臂作为待测电阻接入直流双臂电桥，交替地把“零应力”试样测点和待测试样测点的电阻值测出。每测点测量若干次，得出该点的电阻值（参看表2）。从在“零应力”试样和待测试样的测点粘所测得的电阻差值，根据标定曲线确定该测点在所测方向的残余应力值。
本发明的优点是：电阻应变仪和直流双臂电桥使用普遍，可无须购置专用的残余应力测定设备;传感器构造简单，因而小巧灵活，可以在平面、曲面和零件内腔进行残余应力无损检测。
准确度可达±30～40MPa。测量标距≤15毫米。
实施例1：
选用上海华东电子仪器厂生产的YJD-1型电阻应变仪一台;选用70毫米长的铜芯塑料导线16/0.15（0.004欧姆）作为AB桥臂;选用双股19/0.15屏蔽导线作为电阻应变仪与传感器的连接导线，用四股导线并联，取图3中的（2）各长1200毫米（总的电阻值为0.025欧姆）;采用电阻应变仪的固有电阻作为AD和CD桥臂;传感器两个良导体支点（6）的间距为15毫米（参看图
1、图2和图3）;壳体（7）的重量为1500克，用它的自重来使接触电阻保持稳定。
首先用标准电阻把电阻应变仪进行电阻和电容平衡，然后按图1、图2和图3把各桥臂线路连接好。当仪器、各桥臂线路、电压、测点表面状态等均正常时，在紫铜校准块上轻轻移动三支点电阻传感器的支点后在电阻应变仪上测得的“应变”有一稳定的数值（例如-12100με）。当所测得的数值与此稳定的数值不符时，应检查是否有不正常情况。
实施例2：
选用哈尔滨仪器仪表厂生产的QJ5型凯惠两用电桥一台;采用实施例1所使用的移动式三支点电阻传感器;准备好紫铜校准块、“零应力”试样和待测试样;把测点用No1号砂纸打磨光;把实施例1中的BC桥臂作为待测电阻接入QJ5型凯惠两用电桥;列出测量表，交替在紫铜校准块、“零应力”试样测点和待测试样测点上测出其电阻值（参看表2）。
表1测量记录表（X-X方向）
“应变”读数 “零应力”试样 待测试样
（με） 测点 测点
-13200 √ √
-13100 √ √
-13000 × √
-12900 × √
-12800 × √
-12700 × √
-12600 × ×
表2 直流双臂电桥电阻测量记录表（X-X方向）
紫铜校准块 “零应力”试样 待测试样
（欧姆） 测点（欧姆） 测点（欧姆）
0.03152 0.03727 0.03538
0.03115 0.03700 0.03574
0.03170 0.03652 0.03532
0.03154 0.03636 0.03504
0.03173 0.03690 0.03545
0.03170 0.03732 0.03540
Claims (1)
1、一种无损测定残余应力的方法，它是根据电桥原理，利用电阻应变仪来无损地测量残余应力，其实施步骤依次为：
a.首先准备好一块经二次退火充分消除残余应力的“零应力”试样，其材料应与待测试样完全相同，其厚度和形状应尽量相似；
b.准备好一小段直径大于30毫米的紫铜圆棒作为标准块，其横断面锉平后用No1号砂纸打磨光；
c.“零应力”试样测点和待测试样的测点也用No1号砂纸磨光，它们的表面状态应尽量一致，它们在试样中所处的部位也应尽量相同；
d.当利用电阻应变仪测量时首先用标准电阻把应变仪进行电阻和电容平衡，通过移动式三支点电阻传感器，把各桥臂线路连接好；
e.用电阻应变仪测量时，先用传感器在“零应力”试样测点和待测试样测点上交替测量，得出“应变”值，把较大的绝对值作为起始对比测量值，列出测量记录表；
f.把电阻应变仪“应变”读数指针调至起始对比测量值上，测量时，应用手轻轻把传感器在测点上移动，但两支点(6)的联线不能偏离所需测定的方向；当“应变”读数指针指零或偏向较小的绝对值时，即可算“通过”，在测量记录表上打“通过”记号，当“应变”读数指针偏向较大的绝对值时，打“不通过”记号；
g.把电阻应变仪“应变”读数调到更小的绝对值，如此在“零应力”试样和待测试样反复交替进行，直到都不通过为止；
h.根据“零应力”试样测点和待测试样测点所测得的“应变”值的差异，从标定曲线即可得到该测点在所测方向的残余应力值；
i.标定时，将采用步骤a、b、c、d、e、f和g在“零应力”试样与标定试样的一系列测点上所得到的“应变”差值和传统的方法，在标定试样上相同的一系列测点测得的残余应力值进行对比，得出标定曲线；
j.标定试样的材料与待测试样完全相同，厚度和形状尽量一致，并人为地使它具有相当大幅度的拉、压残余应力。
Priority Applications (1)
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| CN 88100376 CN1013408B (zh) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 一种无损测定残余应力的方法 |
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| CN 88100376 CN1013408B (zh) | 1988-01-19 | 1988-01-19 | 一种无损测定残余应力的方法 |
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