CN106501038A - 表面预制裂纹深度的无损测量方法 - Google Patents

表面预制裂纹深度的无损测量方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种表面预制裂纹深度的无损测量方法，在平板或圆柱形状的结构表面用带锯齿的切割片预制裂纹后，将半径、厚度更小的圆形样板薄片插入裂纹深度底部，在样板圆片正反两侧与裂纹表面相交部位，沿裂纹长度方向用超细笔分别划出墨线标记，用游标卡尺或测量墨线弦长、样板圆片直径，并结合结构表面直径进行几何关系换算，最后取样板圆片两侧计算数据的平均值作为预制裂纹的深度值，方法简便易行，结果有效可靠，同时不必破坏结构及所预制裂纹的完好性。

Description

表面预制裂纹深度的无损测量方法
技术领域
本发明涉及结构裂纹的测量技术领域，尤其是一种表面裂纹的预制和深度无损测量的工具、方法。
背景技术
在疲劳断裂力学研究中，经常需要在结构上预制一定大小的裂纹进行扩展试验，裂纹初始尺寸对研究工作至关重要，表面裂纹的长度容易测量，但深度一般需要借助对裂纹的断面解剖等破坏性手段才能获得。对此，本专利提出了一种简便实用的无损测量方法，能快速、可靠地获得表面预制裂纹的初始深度。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种表面预制裂纹深度的无损测量方法，从而可以方便快捷的得到预定的裂纹尺寸。
本发明所采用的技术方案如下：
一种表面预制裂纹深度的无损测量方法，包括如下操作步骤：
第一步：准备待预制裂纹的结构件，其表面半径为R2；
第二步：准备一锯齿切割片，其表面半径为R0；
第三步：通过锯齿切割片在待预制裂纹的结构件上割出裂纹；
第四步：准备一圆形样板薄片，其半径为R1，R1<R2；
第五步：将圆形样板薄片插入裂纹深度底部，然后在圆形样板正反两侧与裂纹表面相交部位，沿裂纹长度方向用超细笔分别划出墨线标记，弦长直线；
第六步：墨线标记在圆形样板边缘的最大径向尺寸a即为表面预制裂纹深度，a=a1+a2，其中换算深度a1为弦长直线与圆形样板包围区域的最大径向尺寸，换算深度a2为弦长直线与待预制裂纹的结构件表面包围区域的最大径向尺寸；a1、a2按如下公式计算，
其中圆形样板的半径R1、墨线的直线弦长2b用游标卡尺测量后记录下来；
对圆形样板正反两侧的墨线3均按表1进行相同的测算，最后取两次a的平均值作为预制裂纹的深度数据；
对平板结构，表面预制裂纹的深度测量方法是同样的，区别仅在于平板表面曲率半径为∞，换算深度a2=0，因此裂纹深度a=a1。
作为上述技术方案的进一步改进：
第一步中，所述待预制裂纹的结构件为圆柱形或者平板。
锯齿切割片中部开有圆孔，圆孔的半径为Rk，其边缘带有连续的周向锯齿且厚度沿径向逐渐减薄，从锯齿切割片的中央域厚t02线性减薄为边缘锯齿厚t01。
锯齿切割片中部所开圆孔与手持电动砂轮机的转轴相配合，安装并锁紧在砂轮机上。
锯齿切割片采用切削用钢制造。
本发明的有益效果如下：
本发明结构紧凑、合理，操作方便，在平板或圆柱形状的结构表面用带锯齿切割片预制裂纹后，将厚度更薄、半径更小的圆形样板薄片插入裂纹深度的底部，在样板圆片正反两侧与裂纹表面相交部位，沿裂纹长度方向用超细笔分别划出墨线标记，用游标卡尺或测量墨线弦长、样板圆片直径，并结合结构件表面直径进行几何关系换算，最后取样板圆片两侧计算数据的平均值作为预制裂纹的深度。
具体有点如下：
1）圆形样板薄片的厚度、半径比切割锯片更小，能插到预制裂纹的底部最深处，深度测算方法简单有效、结果准确可靠，且本方法为无损测量，不必破坏结构及预制裂纹的完好性；
2）在圆形样板薄片正反两侧与裂纹表面相交处分别划线测算，最后取二者的平均值作为深度结果，能提高准确度，减小误差；
3）切割片的边缘锯齿厚度沿径向减薄能提高裂纹预制效果，线性减薄的结构形式便于加工。
4）裂纹预制及深度测量方法简便易行、成本较低，测量所用游标卡尺、超细笔、切割裂纹的普通手持电动砂轮机均为市场标准采购设备仪器，用砂轮机附带的扳手可方便地拆装切割锯片。
附图说明
图1为圆柱形结构表面裂纹切割预制示意图。
图2为切割片锯齿边缘沿径向线性减薄示意图。
图3为圆形样板薄片插入裂纹底部后的深度换算示意图。
图4为圆形样板薄片墨线3及弦长直线4局部放大图。
图5为圆形样板薄片插入裂纹后深度换算示意图。
其中：1、待预制裂纹的结构件；2、锯齿切割片；3、相交部位墨线；4、墨线弦长直线；5、圆形样板薄片。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的表面预制裂纹深度的无损测量方法，包括如下操作步骤：
第一步：准备待预制裂纹的结构件1，其表面半径为R2；
第二步：准备一锯齿切割片2，其表面半径为R0；
第三步：通过锯齿切割片2在待预制裂纹的结构件1上割出裂纹；
第四步：准备一圆形样板薄片5，其半径为R1，R1<R2；
第五步：将圆形样板薄片5插入裂纹深度底部，然后在圆形样板5正反两侧与裂纹表面相交部位，沿裂纹长度方向用超细笔分别划出墨线标记3，其弦长直线为4；
第六步：墨线标记3在圆形样板5边缘的最大径向尺寸a即为表面预制裂纹深度，a=a1+a2，其中换算深度a1为弦长直线4与圆形样板5包围区域的最大径向尺寸，换算深度a2为弦长直线4与待预制裂纹的结构件1表面包围区域的最大径向尺寸；a1、a2按如下公式计算，
其中圆形样板5的半径R1、墨线4的直线弦长2b用游标卡尺测量后记录下来；
对圆形样板5正反两侧的墨线3均按表1进行相同的测算，最后取两次a的平均值作为预制裂纹的深度数据；
对平板结构，表面预制裂纹的深度测量方法是同样的，区别仅在于平板表面曲率半径为∞，换算深度a2=0，因此裂纹深度a=a1。
第一步中，待预制裂纹的结构件1为圆柱形或者平板。
锯齿切割片2中部开有圆孔，圆孔的半径为Rk，其边缘带有连续的周向锯齿且厚度沿径向逐渐减薄，从锯齿切割片2的中央域厚t02线性减薄为边缘锯齿厚t01。
锯齿切割片2中部所开圆孔与手持电动砂轮机的转轴相配合，能利用拆装砂轮片的扳手工具方便的安装并锁紧在砂轮机上。
锯齿切割片2采用耐磨损、耐高温的高硬度切削用钢制造。
具体内容如下：
如图1所示，待预制裂纹的结构件1可为圆柱形或平板，表面半径为R2；切割薄片2采用高硬度的切削用钢制造，半径为R0，边缘带有连续的周向锯齿且厚度减薄——由中央区域厚t02线性减薄为边缘锯齿厚t01（如图2所示），以提高裂纹预制效果，圆心处有半径为Rk（与普通砂轮机转轴孔位尺寸相配合）的圆孔，用于安装并锁紧在手持电动砂轮机转轴上，砂轮机电源启动后，带动锯齿片2高速旋转并切入结构件1的表面形成裂纹，锯齿片2磨损时用拆装砂轮片的扳手工具进行更换并继续切割，直至获得预定的裂纹尺寸。
如图3和图4所示，圆形样板薄片5用于对预制裂纹深度进行测量，其半径R1比锯齿切割片2的更小、厚度t1也更薄（R1<R0，t1<t01），以保证能插入裂纹底部最深处，在圆形样板5正反两侧与裂纹相交部位，沿裂纹长度方向用超细笔分别划出墨线标记3，其弦长直线为4。
如图4所示，墨线3在圆形样板5边缘的最大径向尺寸a即为表面预制裂纹深度，a=a1+a2，其中换算深度a1为弦长直线4与圆形样板5包围区域的最大径向尺寸，换算深度a2为弦长直线4与结构件1表面包围区域的最大径向尺寸——a1、a2按表1计算，其中圆形样板5的半径R1、墨线4的直线弦长2b用游标卡尺测量后填入表1。
对圆形样板5正反两侧的墨线3均按表1进行相同的测算，最后取两次a的平均值作为预制裂纹的深度数据，以提高准确度、减小误差。
对平板结构，表面预制裂纹的深度测量方法是同样的，区别仅在于平板表面曲率半径为∞，换算深度a2=0，因此裂纹深度a=a1，如表1所示。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (5)

1.一种表面预制裂纹深度的无损测量方法，其特征在于：包括如下操作步骤：
第一步：准备待预制裂纹的结构件（1），其表面半径为R2；
第二步：准备一锯齿切割片（2），其表面半径为R0；
第三步：通过锯齿切割片（2）在待预制裂纹的结构件（1）上割出裂纹；
第四步：准备一圆形样板薄片（5），其半径为R1，R1<R2；
第五步：将圆形样板薄片（5）插入裂纹深度底部，然后在圆形样板（5）正反两侧与裂纹表面相交部位，沿裂纹长度方向用超细笔分别划出墨线标记（3），其弦长直线为（4）；
第六步：墨线标记（3）在圆形样板（5）边缘的最大径向尺寸a即为表面预制裂纹深度，a=a1+a2，其中换算深度a1为弦长直线（4）与圆形样板（5）包围区域的最大径向尺寸，换算深度a2为弦长直线（4）与待预制裂纹的结构件（1）表面包围区域的最大径向尺寸；a1、a2按如下公式计算，
其中圆形样板（5）的半径R1、墨线（4）的直线弦长2b用游标卡尺测量后记录下来；
对圆形样板（5）正反两侧的墨线3均按表1进行相同的测算，最后取两次a的平均值作为预制裂纹的深度数据；
对平板结构，表面预制裂纹的深度测量方法是同样的，区别仅在于平板表面曲率半径为∞，换算深度a2=0，因此裂纹深度a=a1。
2.如权利要求1所述的表面预制裂纹深度的无损测量方法，其特征在于：第一步中，所述待预制裂纹的结构件（1）为圆柱形或者平板。
3.如权利要求1所述的表面预制裂纹深度的无损测量方法，其特征在于：锯齿切割片（2）中部开有圆孔，圆孔的半径为Rk，其边缘带有连续的周向锯齿且厚度沿径向逐渐减薄，从锯齿切割片（2）的中央域厚（t02）线性减薄为边缘锯齿厚（t01）。
4.如权利要求3所述的表面预制裂纹深度的无损测量方法，其特征在于：锯齿切割片（2）中部所开圆孔与手持电动砂轮机的转轴相配合，安装并锁紧在砂轮机上。
5.如权利要求1所述的表面预制裂纹深度的无损测量方法，其特征在于：锯齿切割片（2）采用切削用钢制造。
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