CN103278513B - 残余应力原位检测系统及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供残余应力原位检测系统及其检测方法。该残余应力原位检测系统包括X射线残余应力分析仪(1)与工件施力试验台(2)，X射线残余应力分析仪(1)具备X射线发射枪(11)，X射线残余应力分析仪(1)通过X射线发射枪(11)对受检工件(10)上的检测点(P)进行残余应力的检测，工件施力试验台(2)具备台架(21)、工件支架(22)、施力压头(23)和未图示的驱动机构，工件支架(22)固定于台架(21)，工件支架(22)支撑受检工件(10)，驱动机构与施力压头(23)连接，提供施力压头(23)所需的动力，施力压头(23)向受检工件(10)施加作用力，施力压头(23)向受检工件施加的作用力的大小可变。

Description

残余应力原位检测系统及其检测方法

技术领域

本发明涉及检测金属结构件的残余应力，尤其涉及对金属结构件进行原位检测的残余应力原位检测系统及其检测方法。

背景技术

残余应力是指产生应力的各种外部因素撤除之后材料内部依然存在，并自身保持平衡的应力。残余应力直接影响着材料的使用性能，在工业应用中，也影响着工件的应用寿命，因此残余应力检测是工程和科研工作中所需的重要测试技术。目前，广泛采用的残余应力测量方法以盲孔法和X射线衍射法为主。其中，盲孔法是一种破坏性的试验，可进行现场操作，测量速度快，结果较准确，对测量条件要求不高，但是，盲孔法因其破坏性较高，对于不能破坏的工件根本无法实施检测，应用范围比较受限。X射线衍射法是目前应用较广的唯一能够无损地测试残余应力的技术，但是其测量的是表面残余应力，对被测表面要求较高，要求避免因表面局部变形所引起的干扰。因而，X射线衍射法大多在静态状态下工作。当需要测量工件在不同受力状态后的残余应力值时，需要对工件另行施力处理后再测量其残余应力，这会造成工件的反复卸载，无法保证X射线残余应力分析仪始终对工件的同一点进行检测，也即无法进行原位检测。

发明内容

本发明的目的在于提供一种残余应力原位检测系统及其检测方法，实现受检工件残余应力的原位检测，检测受检工件在不同受力状态后的残余应力，获得任一检测点处残余应力的连续变化值及任意关键施力值对应的残余应力值。

本发明涉及一种残余应力原位检测系统，其包括X射线残余应力分析仪与工件施力试验台，上述X射线残余应力分析仪具备X射线发射枪，上述X射线残余应力分析仪通过上述X射线发射枪对受检工件上的检测点进行残余应力的检测，上述工件施力试验台具备台架、工件支架、施力压头和驱动机构，上述工件支架固定于上述台架，上述工件支架支撑上述受检工件，上述驱动机构与上述施力压头连接，提供上述施力压头所需的动力，上述施力压头向上述受检工件施加作用力，上述施力压头向上述受检工件施加的作用力的大小及施力时间可变。

在上述残余应力原位检测系统中，可以具备至少一个X射线发射枪。

在上述残余应力原位检测系统中，上述工件支架可以支撑上述受检工件的两端。这样，受检工件受力时，能够呈现三点弯曲的形态。

在上述残余应力原位检测系统中，上述工件支架可以只固定支撑上述受检工件的一端。这样，受检工件能够成为悬臂梁状。

本发明还涉及一种基于残余应力原位检测系统的残余应力原位检测方法，其中，上述残余应力原位检测系统包括X射线残余应力分析仪与工件施力试验台，上述X射线残余应力分析仪具备X射线发射枪，上述X射线残余应力分析仪通过上述X射线发射枪对受检工件上的检测点进行残余应力的检测，上述工件施力试验台具备台架、工件支架、施力压头和驱动机构，上述工件支架固定于上述台架，上述工件支架支撑上述受检工件，上述驱动机构与上述施力压头连接，提供上述施力压头所需的动力，上述施力压头能够上下移动向上述受检工件施加作用力，上述施力压头对上述受检工件的施力大小及施力时间可变，该残余应力原位检测方法包括下述步骤：将上述受检工件的两端支撑于上述工件支架，在上述受检工件上选择检测点，将上述X射线发射枪置于上述检测点的上方，上述驱动机构对上述施力压头提供动力，上述施力压头向下接触上述受检工件，对上述受检工件施力，上述施力压头接触上述受检工件上避开上述工件支架对上述受检工件的支撑点的位置，在上述施力压头施力后，上述X射线发射枪检测上述检测点处的残余应力。

在上述基于残余应力原位检测系统的残余应力原位检测方法中，可以改变上述施力压头对上述受检工件的施力的大小，不移动上述X射线发射枪，继续检测同一检测点处的残余应力。根据上述方法，能够连续监测受检工件在不同负载状态后的残余应力。并且，如果按照1单位力、2单位力、3单位力、……、的方式逐渐增加施力值，能够得到残余应力与受力大小的变化的对应关系。如果只是模拟某数值大小的施加力，则不必损坏受检工件，只需通过施力压头对受检工件施加该数值的力即可，能够做到无损检测。由于在施加负载的过程中，不需要移动X射线发射枪，使得X射线发射枪始终针对同一检测点进行检测，保证了检测点的一致性，能够实现对受检工件的原位检测。

在上述基于残余应力原位检测系统的残余应力原位检测方法中，可以改变上述施力压头对上述受检工件的施力时间，不移动上述X射线发射枪，继续检测上述检测点处的残余应力。还可以改变上述检测点的位置，检测上述受检工件上不同位置的残余应力。

上述残余应力原位检测系统还可以具备多个上述X射线发射枪，利用该多个X射线发射枪，检测上述受检工件上多个位置处的残余应力。

根据上述方法，能够模拟受检工件的各种工况，检测受检工件在各种工况后的残余应力。并能够获得残余应力在某些典型工况下的残余应力，也能够获得受检工件在即将断裂前的残余应力。

在上述基于残余应力原位检测系统的残余应力原位检测方法中，可以使用两个上述X射线发射枪，分别从上表面和下表面，检测上述受检工件上同一个检测点的残余应力。

根据本发明，能够实现受检工件残余应力的原位检测，检测受检工件在不同受力状态后的残余应力。并能够获得任一检测点处残余应力的连续变化值及任意关键施力值对应的残余应力。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的不当限定，在附图中：

图1是表示本发明的第一实施例的示意图。

图2是表示本发明的实施例的变形方式的示意图。

图3是表示本发明的实施例的变形方式的示意图。

图4是表示本发明的实施例的变形方式的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施例来详细说明本发明，在此，本发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1所示，本发明的残余应力原位检测系统主要包括X射线残余应力分析仪1与工件施力试验台2。X射线残余应力分析仪1具备X射线发射枪11，通过X射线发射枪11对检测点进行残余应力的检测。工件施力试验台2具备台架21、工件支架22、施力压头23及未图示的驱动机构。台架21用于支撑并固定工件支架22。该工件支架22用于支承受检工件10。未图示的驱动机构与施力压头23连接，提供施力压头23所需的不同大小的动力。该施力压头23能够上下移动。

下面，参照图1至图4说明本发明的残余应力原位检测系统的第一实施例。

在检测受检工件10的残余应力时，首先，将受检工件10放置于工件支架22。在本实施方式中，工件支架22可以从两端支撑受检工件10。然后在受检工件10上选择检测点P。将X射线残余应力分析仪1的X射线发射枪11置于检测点P的上方，调整X射线发射枪11，使X射线发射枪11处于能够检测检测点P的残余应力的状态。随后，驱动机构为施力压头23提供动力，施力压头23向下移动，接触该受检工件10，对受检工件10施加预定大小的作用力。施力压头23接触受检工件10的位置避开工件支架22对受检工件10的支撑点即可。在施力压头23对受检工件10施加规定时间的作用力后，利用X射线发射枪11检测上述检测点P处的残余应力。由此，通过X射线残余应力分析仪1检测受检工件10的检测点P在不同受力状态后的残余应力。即，通过改变施力压头23对受检工件10的施力大小和/或施力时间来改变受检工件的受力状态。

应用该残余应力原位检测系统，通过改变施力压头23对受检工件10施加的作用力的大小，能够检测所选检测点P在受检工件10受到不同大小作用力后的的残余应力。并且，通过改变施力压头23对受检工件10的施力时间，能够在受检工件10的负载时间不同的情形下，检测上述检测点P的残余应力。由此，能够模拟受检工件10受到任何载荷的情况，从而检测其残余应力。

如上所述，根据本发明的残余应力原位检测系统，在不移动受检工件的情况下，能够保证X射线发射枪11始终检测同一检测点。通过改变施力的大小和/或施力时间，能够精确地对同一检测点进行连续检测，实现受检工件残余应力的原位检测，检测受检工件在不同受力状态后的残余应力。并且，如果逐渐增加所施加的力，则能够获得任一检测点处残余应力的连续变化值。而且，通过增加施力压头23对受检工件10施加的作用力，能够检测到受检工件10在即将断裂时刻的残余应力阈值，为预测受检工件10的寿命提供了可靠的残余应力值。

上述实施方式的残余应力原位检测系统中，能够任意变换检测点P的位置，从而检测受检工件10上不同位置的残余应力。并且如图2所示，也可以在施力压头23对受检工件10施加规定时间及大小的作用力后，利用两个X射线发射枪11，检测受检工件10上不同位置处的应力。同理，也可以通过多个X射线发射枪11，检测多个位置处的残余应力。

再者，也可以如图3所示，在施力压头23对受检工件10施加规定时间及大小的作用力后，分别从受检工件10的上表面和下表面，对同一个点进行检测。在受检工件10受到规定负载后，得到同一位置处的上下两表面的残余应力。

在上述实施方式中，说明了工件支架22支撑受检工件10的两端进行残余应力测试的情况。也可以如图4所示，工件支架22只固定支撑受检工件10的一端，使得受检工件10成为图4所示的悬臂梁状，由施力压头23对没有工件支架支撑的一端施加作用力，其后，通过X射线发射枪11对所选择的检测点进行检测，得到检测点P的残余应力。

根据本发明，能够在不损伤受检工件的情况下，通过改变施力压头对受检工件的作用力的大小和施力时间，模拟出受检工件在不同工况下的受力状态。能够不改变受检工件与X射线发射枪的相对位置，始终精确定位于所选择的检测点，即实现受检工件残余应力的原位检测，获得该检测点处残余应力的连续变化值及任意施力值对应的残余应力值。通过变换检测点的位置，能够检测出受检工件上任何位置的残余应力。并且，得到其在不同受力状态下的残余应力分布情况。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种残余应力原位检测系统，其特征在于，包括：

X射线残余应力分析仪与工件施力试验台，

所述X射线残余应力分析仪具备X射线发射枪，所述X射线残余应力分析仪通过所述X射线发射枪对受检工件上的检测点进行残余应力的检测，

所述工件施力试验台具备台架、工件支架、施力压头和驱动机构，

所述工件支架固定于所述台架，所述工件支架支撑所述受检工件，所述驱动机构与所述施力压头连接，提供所述施力压头所需的动力，

所述施力压头能够上下移动向所述受检工件施加作用力，

所述施力压头接触所述受检工件的位置避开所述工件支架对所述受检工件的支撑点，

所述施力压头向所述受检工件施加的作用力的大小及施力时间可变。

2.根据权利要求1所述的残余应力原位检测系统，其特征在于：

具备至少一个X射线发射枪。

3.根据权利要求1或2所述的残余应力原位检测系统，其特征在于：所述工件支架支撑所述受检工件的两端。

4.根据权利要求1或2所述的残余应力原位检测系统，其特征在于：所述工件支架只固定支撑所述受检工件的一端。

5.一种基于残余应力原位检测系统的残余应力原位检测方法，其中，

所述残余应力原位检测系统包括X射线残余应力分析仪与工件施力试验台，

所述X射线残余应力分析仪具备X射线发射枪，所述X射线残余应力分析仪通过所述X射线发射枪对受检工件上的检测点进行残余应力的检测，

所述工件施力试验台具备台架、工件支架、施力压头和驱动机构，

所述工件支架固定于所述台架，所述工件支架支撑所述受检工件，所述驱动机构与所述施力压头连接，提供所述施力压头所需的动力，

所述施力压头向所述受检工件施加作用力，

所述施力压头对所述受检工件的施力大小及施力时间可变，

该残余应力原位检测方法包括下述步骤：

将所述受检工件的两端支撑于所述工件支架，

在所述受检工件上选择检测点，将所述X射线发射枪置于所述检测点的上方，

所述驱动机构对所述施力压头提供动力，所述施力压头向下接触所述受检工件，对所述受检工件施力，所述施力压头接触所述受检工件上避开所述工件支架对所述受检工件的支撑点的位置，

在所述施力压头施力后，所述X射线发射枪检测所述检测点处的残余应力。

6.根据权利要求5所述的基于残余应力原位检测系统的残余应力原位检测方法，其特征在于：

改变所述施力压头对所述受检工件的施力的大小，不移动所述X射线发射枪，继续检测同一检测点处的残余应力。

7.根据权利要求5或6所述的基于残余应力原位检测系统的残余应力原位检测方法，其特征在于：

改变所述施力压头对所述受检工件的施力时间，不移动所述X射线发射枪，继续检测所述检测点处的残余应力。

8.根据权利要求7所述的基于残余应力原位检测系统的残余应力原位检测方法，其特征在于：

改变所述检测点的位置，检测所述受检工件上不同位置的残余应力。

9.根据权利要求5所述的基于残余应力原位检测系统的残余应力原位检测方法，其特征在于：

所述残余应力原位检测系统具备多个所述X射线发射枪，利用该多个X射线发射枪，检测所述受检工件上多个位置处的残余应力。

10.根据权利要求5所述的基于残余应力原位检测系统的残余应力原位检测方法，其特征在于：

使用两个所述X射线发射枪，分别使一个所述X射线发射枪从上表面，另一个所述X射线发射枪从下表面，检测所述受检工件上同一个检测点的上下两表面的残余应力。