CN114199433B - 壁面残余应力测试夹具及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种壁面残余应力测试夹具及其操作方法，其中的壁面残余应力测试夹具，用于与衍射仪尤拉环样品台配合使用，包括外圈固定框架，所述外圈固定框架具有中心通孔，所述中心通孔内设有载物台，所述载物台的顶部用于承载固定待测物体，所述载物台的高度位置能够沿着所述中心通孔的轴向被调整。根据本发明，通过所述载物台的高度位置的轴向调整实现了其上的待测物体的位置调整，从而在实现对待测物体的定位的同时保证所述待测物体能够被调整到衍射仪检测头的需求位置，进而有效降低采用衍射仪尤拉环样品台对壁面的残余应力的测量过程的操作难度，提高测量效率。

Description

壁面残余应力测试夹具及其操作方法

技术领域

本发明属于壁面残余应力测试夹具设计技术领域，具体涉及一种壁面残余应力测试夹具及其操作方法。

背景技术

残余应力是一种内应力，内应力是指产生应力的各种因素不复存在时(如外加载荷去除、加工完成、温度已均匀、相变过程终止等)，由于形变，体积变化不均匀而存留在构件内部并自身保持平衡的应力。

残余应力与构件的疲劳强度，耐应力腐蚀和尺寸稳定等密切相关。如焊接引起的残余应力能使构件变形，在特殊介质中工作构件表面张力会造成应力腐蚀，热处理或磨削产生的残余应力往往是量具尺寸稳定性下降的原因，这些残余应力都是要尽量避免和设法消除的；而某些情况下残余应力是有利的，如承受往复载荷的曲轴在轴颈表面有适当的压应力可提高其疲劳寿命。因此测定残余应力对控制各类加工工艺，检查表面强化或消除应力的工艺效果以及进行失效分析等都有重要意义。对于壁面的残余应力，目前公开的技术方案中多采用粘贴应变片的方法获取，其方法操作复杂，计算繁琐，不利于残余应力的测量。而采用衍射仪尤拉环样品台通过X射线则能够非常方便的获取到壁面的残余应力，但是现有技术中缺少对待测物体的定位夹持装置，使其残余应力的测量过程具有操作难度、测量效率较低。

发明内容

因此，本发明提供一种壁面残余应力测试夹具及其操作方法，以能够降低采用衍射仪尤拉环样品台对壁面的残余应力的测量过程的操作难度，提高测量效率。

为了解决上述问题，本发明提供一种壁面残余应力测试夹具，用于与衍射仪尤拉环样品台配合使用，包括外圈固定框架，所述外圈固定框架具有中心通孔，所述中心通孔内设有载物台，所述载物台的顶部用于承载固定待测物体，所述载物台的高度位置能够沿着所述中心通孔的轴向被调整。

在一些实施方式中，所述壁面残余应力测试夹具还包括高度调整件，所述高度调整件处于所述载物台的底部以对所述载物台形成支撑，所述高度调整件的外圆周侧与所述中心通孔的孔壁之间螺纹连接。

在一些实施方式中，所述载物台上具有沿着轴向贯通的第一键槽，所述高度调整件与所述载物台相对应的端面上具有第二键槽，键插装于所述第一键槽与所述第二键槽中，以能够通过旋转所述载物台带动所述高度调整件旋转；和/或，所述载物台凸出于所述中心通孔的外圆周壁上构造有防滑结构。

在一些实施方式中，所述防滑结构包括滚花。

在一些实施方式中，所述载物台与所述高度调整件之间具有径向限位结构；优选地，所述径向限位结构为凹凸配合结构。

在一些实施方式中，所述载物台的顶部具有沿其径向贯通的第一V形槽，所述第一V形槽的开口朝上；和/或，还包括锁定件，所述锁定件能够锁定所述载物台相对于所述外圈固定框架的轴向及周向位置。

在一些实施方式中，所述载物台的顶部还具有沿其径向贯通的第二V形槽，所述第二V形槽的开口朝上，所述第一V形槽与所述第二V形槽形成交叉。

在一些实施方式中，所述壁面残余应力测试夹具还包括定位结构，所述定位结构能够与所述第一V形槽和/或所述第二V形槽一起对所述待测物体形成夹持。

在一些实施方式中，所述定位结构包括连接于所述载物台上的螺钉以及能够张紧于两个所述螺钉之间的弹性线体。

在一些实施方式中，所述衍射仪尤拉环样品台包括平板，所述外圈固定框架被夹持固定于所述平板上；优选地，所述衍射仪尤拉环样品台还包括：样品台定位框架，所述样品台定位框架呈U型，包括底板和两侧壁，两侧壁的顶端相向延伸形成翻边；

弹性件，设置于所述样品台定位框架的底板上；

所述平板设置于所述弹性件上；

所述测试夹具被放置于所述平板上，借助所述弹性件的弹性力，所述测试夹具的所述外圈固定框架能够被夹持于所述平板及所述样品台定位框架的所述翻边之间。

本发明还提供一种壁面残余应力测试夹具的操作方法，包括如下步骤：

将所述壁面残余应力测试夹具置于衍射仪尤拉环样品台上并将外圈固定框架固定于衍射仪尤拉环样品台上；

调整载物台的高度以使待测物体位于预定的测试位置。

在一些实施方式中，当所述壁面残余应力测试夹具包括高度调整件时，在外圈固定框架被固定后，通过旋转载物台带动高度调整件旋转，从而调整载物台的高度，以使待测物体位于预定的测试位置。

在一些实施方式中，当所述壁面残余应力测试夹具进一步包括第一键槽与第二键槽时，在外圈固定框架被固定后，旋拧载物台以使高度调整件调整至第一位置，在第一位置，衍射仪尤拉环的双激光点在第一V形槽与第二V形槽的交叉点内重合；

将待测物体放置于第一V形槽或第二V形槽内。

在一些实施方式中，进一步还包括：

从第一键槽及第二键槽中拔出键，并旋转载物台以调整置于载物台上的待测物体的方位；

并在待测物体的方位确定后固定载物台；

待测物体能够被固定于载物台上。

本发明提供的一种壁面残余应力测试夹具及其操作方法，通过所述载物台的高度位置的轴向调整实现了其上的待测物体的位置调整，从而在实现对待测物体的定位的同时保证所述待测物体能够被调整到衍射仪检测头的需求位置，进而有效降低采用衍射仪尤拉环样品台对壁面的残余应力的测量过程的操作难度，提高测量效率。

附图说明

图1为发明实施例的壁面残余应力测试夹具与衍射仪尤拉环样品台配合使用状态下的示意图(立体)；

图2为发明实施例的壁面残余应力测试夹具与衍射仪尤拉环样品台配合使用状态下的示意图(正视)；

图3为本发明实施例的壁面残余应力测试夹具的立体结构示意图(放置待测物体后)；

图4为图3中的载物台的立体结构示意图；

图5为图3中的载物台的侧视图；

图6为图3中的高度调整件的立体结构示意图；

图7为图3中的外圈固定框架的立体结构示意图；

图8为图3中的载物台与高度调整件通过键实现连接的结构示意图。

附图标记表示为：

1、外圈固定框架；11、中心通孔；2、载物台；21、第一键槽；22、防滑结构；24、第一V形槽；25、第二V形槽；3、高度调整件；31、第二键槽；4、键；6、锁定件；71、限位凸台；72、限位凹槽；100、待测物体；201、样品台定位框架；202、弹性件；203、平板。

具体实施方式

结合参见图1至图8所示，根据本发明的实施例，提供一种壁面残余应力测试夹具，用于与衍射仪尤拉环样品台配合使用，包括外圈固定框架1，其外圈的形状可以为圆柱、方柱、多边形柱等，本发明不做特别限定，所述外圈固定框架1具有中心通孔11，所述中心通孔11内设有载物台2，所述载物台2的顶部用于承载固定待测物体100，所述载物台2的高度位置能够沿着所述中心通孔11的轴向被调整，可以理解的，所述待测物体100与所述载物台2之间的位置应该被锁定，以保证所述夹具在进行旋转或者翻滚时不从所述载物台2的顶部脱离。该技术方案中，通过所述载物台2的高度位置的轴向调整实现了其上的待测物体100的位置调整，从而在实现对待测物体100的定位的同时保证所述待测物体100能够被调整到衍射仪检测头的需求位置，进而有效降低采用衍射仪尤拉环样品台对壁面的残余应力的测量过程的操作难度，提高测量效率，填补了现有技术中的试验夹具无法配合衍射仪尤拉环样品台测量内壁残余应力的空白。

在一些实施方式中，所述壁面残余应力测试夹具还包括高度调整件3，所述高度调整件3处于所述载物台2的底部以对所述载物台2形成支撑，所述高度调整件3的外圆周侧与所述中心通孔11的孔壁之间螺纹连接。该技术方案中，所述高度调整件3处于所述载物台2的底部，从而可以通过调整所述高度调整件3与所述中心通孔11的轴向相对旋合程度实现其对载物台2的高度调整，调整更加方便。

在一些实施方式中，所述载物台2上具有沿着轴向贯通的第一键槽21，所述高度调整件3与所述载物台2相对应的端面上具有第二键槽31，键4插装于所述第一键槽21与所述第二键槽31中，从而使所述载物台2与所述高度调整件3之间通过所述键4形成一个整体，此时能够通过旋转所述载物台2带动所述高度调整件3旋转，这一结构使所述夹具中的待测物体100的高度调整能够在所述夹具置于平板203上即可以实现，而无需将整个夹具从所述平板203下取下单独旋转所述高度调整件3，使待测物体100的高度调整更加简单、方便、省时省力，需要说明的是，由于所述载物台2及其上的待测物体100在使用状态下是面对操作人员的，而所述高度调整件3则处于底部，其更接近弹性件202一侧，因此，通过直接旋拧所述高度调整件3的方式调整高度将难以实现。

进一步地，通过高度调整件3的螺纹将高度调整到位后，撤掉键4，载物台2可以旋转，旋转到待测物体的合适检测方位。

在一些实施方式中，所述载物台2凸出于所述中心通孔11的外圆周壁上构造有防滑结构22，在实际操作过程中，操作人员可以施力于所述防滑结构22，从而实现通过旋拧所述载物台2的方式带动所述高度调整件3的高度位置，最终显现所述待测物体100的高度位置调整。在一些实现方式中，所述防滑结构22包括滚花，也即直接构造于所述载物台2的外圆周壁上的横纵纹结构，实现简单、结构紧凑。

在一些实施方式中，所述载物台2与所述高度调整件3之间具有径向限位结构，优选地，所述径向限位结构为凹凸配合结构，具体的，在所述载物台2朝向所述高度调整件3的一侧(也即底面)上具有限位凸台71，对应的，所述高度调整件3朝向所述载物台2的一侧(也即顶面)上具有限位凹槽72，所述限位凸台71能够匹配地嵌装于所述限位凹槽72中，在一个具体的实施例中，两者的截面皆为圆形，通过两者的嵌装能够保证两者的径向位置的稳定性，防止在对所述载物台2旋转时其径向位置的变动。

在一些实施方式中，所述载物台2的顶部具有沿其径向贯通的第一V形槽24，所述第一V形槽24的开口朝上，所述待测物体100可以被架设于所述第一V形槽24的张口处，可以理解的，在放置时所述待测物体100的轴线与所述第一V形槽24的槽长延伸方向平行，所述张口能够有效防止所述待测物体100的滚动，进一步地，所述载物台2的顶部还具有沿其径向贯通的第二V形槽25，所述第二V形槽25的开口朝上，所述第一V形槽24与所述第二V形槽25形成交叉(例如可以为十字交叉)，所述第一V形槽24与所述第二V形槽25形成交叉(例如可以为十字交叉)后，将在两个V形槽的V形尖部形成定位点，此时，在实际运用过程中，可以通过双激光在放置所述待测物体100之前对所述夹具进行预定位，而在放置待测物体100后则能够更加快速的实现所述待测物体100的位置调整，提高测量效率。

所述壁面残余应力测试夹具还包括锁定件6，所述锁定件6能够锁定所述载物台2相对于所述外圈固定框架1的轴向及周向位置，作为一种具体的实现方式，所述锁定件6可以为螺栓，在所述外圈固定框架1的壁体上构造有螺纹孔，所述螺栓旋拧于所述螺纹孔内，所述螺纹孔与所述中心通孔11贯通，在所述载物台2的高度确定之后，旋拧所述螺栓使其头部抵触所述载物台2从而实现位置的锁定。

如前所述，所述壁面残余应力测试夹具还包括定位结构能够对所述待测物体100的位置进行固定，在一个实施方式中，所述定位结构能够与所述第一V形槽24和/或所述第二V形槽25一起对所述待测物体100形成夹持，具体的，所述定位结构包括连接于所述载物台2上的螺钉(图中未示出)以及能够张紧于两个所述螺钉之间的弹性线体(图中未示出)，具体的，所述螺钉旋拧连接于所述载物台2的外圆周壁上，所述弹性线体具体可以采用橡皮筋。在一个具体的实施例中，所述螺钉具有四个，四个所述螺钉均匀间隔布置于所述载物台2的外周壁上，所述橡皮筋被挂装于相对的两个螺钉上，形成对所述待测物体100的对角固定。本领域技术人员知道，固定所用弹性线体不局限于线状，带状等有明显长度方向、可沿该长度方向弹性变形的均属于本发明所述弹性线体的含义之内。

所述衍射仪尤拉环样品台在尤拉环电机的驱动下作旋转(围绕图1中的φ轴，类似于三维坐标系中的竖直轴)和倾动(也称翻滚，围绕图1中的X轴，类似于三维坐标系中的水平轴)的动作。在一些实施方式中，所述衍射仪尤拉环样品台包括平板203，所述外圈固定框架1被夹持固定于所述平板203上；优选地，所述衍射仪尤拉环样品台还包括：样品台定位框架201，所述样品台定位框架201呈U型，包括底板和两侧壁，两侧壁的顶端相向延伸形成翻边；弹性件202，设置于所述样品台定位框架201的底板上；所述平板203设置于所述弹性件202上；所述测试夹具被放置于所述平板203上，借助所述弹性件202的弹性力，所述测试夹具的所述外圈固定框架1能够被夹持于所述平板203及所述样品台定位框架201的所述翻边之间。如此，当所述夹具被置于所述平板203并定位后，所述外圈固定框架1被夹持固定于所述平板203和翻边之间，通过直接调整所述高度调整件3的螺纹配合长度实现高度调整变得非常麻烦，而为了克服这一困难，本发明通过在所述载物台2与所述高度调整件3之间设置所述键4则可以通过处于顶部并面向操作人员的载物台2实现对高度调整件3的旋合显得尤其方便。

以下结合一具体实施例对本发明的技术方案的夹具的使用方法进行必要的阐述，此时的待测物体为管材。

实际试验时，从管材(TA18)中，用线切割管长小于40㎜(具体为23.56㎜)的样品，并将其纵剖。首先，移动或升降来调整夹具位置，使双激光点重合，并照射到形成交叉(优选采用十字交叉)的V型槽交叉点的底部；然后，将管材放置于载物台2的第一V形槽24(或者第二V形槽25)内，并将四个螺栓旋进载物台2外围的螺纹孔中。此时，可选地，可用橡皮筋将螺栓对角连接，使样品固定在载物台2上，也可留待后面方位确定后再将样品固定在载物台2上。键4插入键槽(对应设置的第一键槽21及第二键槽31)后，载物台2和高度调整件3连接，通过中心通孔11旋进外圈固定框架1内，利用键4的旋转，调整载物台2的高度，移动或旋转管材，使双激光点重合，并照射到管材内侧壁，需要测试的位置通过锁死螺钉(也即锁定件6，具体可以为塑料M1.5X1.5锁死螺钉)固定载物台2的高度。可以在调整好置于载物台上的待测物体的方位后，用橡皮筋将螺栓对角连接，使样品固定在载物台2上；也可在通过锁死螺钉固定载物台2的高度后，用橡皮筋将螺栓对角连接，使样品固定在载物台2上。设定相关测试后进行测试，最终可得到壁面残余应力的数据。同规格管材样品，调整好高度后，也可不必纵剖管材进行测试，防止残余应力释放。

如前所述，所述待测物体可以为管材，此时可以检测管材的内壁面，也可以被扩大至圆棒、圆球、轴承等工件，此时检测的是外壁面。

根据本发明的优选实施例，提供一种壁面残余应力测试夹具的操作方法，包括如下步骤：

将所述壁面残余应力测试夹具置于所述衍射仪尤拉环样品台的平板203上并对所述外圈固定框架1形成固定(在本实施例中为夹持固定)，具体的，所述平板203对所述外圈固定框架1的底部形成竖直向上的推力(弹性件被压缩后的推力)，而所述样品台定位框架201的翻边则能够对所述外圈固定框架1的顶部边缘形成竖直向下的压力，通过这种夹持能够实现所述壁面残余应力测试夹具的水平位置的定位；

开启双激光器并调整所述壁面残余应力测试夹具的水平位置，使双激光点照射于所述载物台2上具有的第一V形槽24与所述第二V形槽25内，通过所述双激光点的照射入V形槽能够形成水平位置的确定；

旋拧所述载物台2以使高度调整件3调整至第一位置，所述第一位置为所述双激光点在所述第一V形槽24与所述第二V形槽25的交叉点重合时所述高度调整件3对应的高度位置，也即实现了所述载物台2的高度定位，使后续的衍射射线能够定位所述待测物体100的目标位置(例如管材件的内壁面等)。可以理解的，在此过程中还可以辅助调整所述壁面残余应力测试夹具的水平位置，以保证所述双激光照射于所述第一V形槽24与所述第二V形槽25的交叉点的位置。

在一些实施方式中，在所述高度调整件3调整至第一位置后，还包括：从第一键槽21及第二键槽31中拔出键4，并再次旋转所述载物台2以调整置于所述载物台1上的所述待测物体100的方位，从而能够对待测物体100的方位进行调整以保证衍射射线能够无遮挡地照射于所述待测物体100的目标位置；并在所述待测物体100的方位确定后固定所述载物台1及所述待测物体100，对于所述载物台1的固定具体可以采用所述锁定件6，而对于所述待测物体100的固定则通过所述螺钉及弹性线体。

本领域的技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各方式有利的技术特征可以自由地组合、叠加。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (15)

1.一种壁面残余应力测试夹具，其特征在于，用于与衍射仪尤拉环样品台配合使用，包括外圈固定框架（1），所述外圈固定框架（1）具有中心通孔（11），所述中心通孔（11）内设有载物台（2），所述载物台（2）的顶部用于承载固定待测物体（100），使得所述待测物体（100）与所述载物台（2）之间的位置被锁定；

还包括高度调整件（3），所述高度调整件（3）处于所述载物台（2）的底部以对所述载物台（2）形成支撑，所述高度调整件（3）的外圆周侧与所述中心通孔（11）的孔壁之间螺纹连接；

所述载物台（2）上具有沿着轴向贯通的第一键槽（21），所述高度调整件（3）与所述载物台（2）相对应的端面上具有第二键槽（31），键（4）插装于所述第一键槽（21）与所述第二键槽（31）中，以能够通过旋转所述载物台（2）带动所述高度调整件（3）旋转，使得所述载物台（2）的高度位置能够沿着所述中心通孔（11）的轴向被调整。

2.根据权利要求1所述的壁面残余应力测试夹具，其特征在于，所述载物台（2）凸出于所述中心通孔（11）的外圆周壁上构造有防滑结构（22）。

3.根据权利要求2所述的壁面残余应力测试夹具，其特征在于，所述防滑结构（22）包括滚花。

4.根据权利要求1所述的壁面残余应力测试夹具，其特征在于，所述载物台（2）与所述高度调整件（3）之间具有径向限位结构。

5.根据权利要求4所述的壁面残余应力测试夹具，其特征在于，所述径向限位结构为凹凸配合结构。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的壁面残余应力测试夹具，其特征在于，所述载物台（2）的顶部具有沿其径向贯通的第一V形槽（24），所述第一V形槽（24）的开口朝上。

7.根据权利要求6所述的壁面残余应力测试夹具，其特征在于，所述载物台（2）的顶部还具有沿其径向贯通的第二V形槽（25），所述第二V形槽（25）的开口朝上，所述第一V形槽（24）与所述第二V形槽（25）形成交叉。

8.根据权利要求7所述的壁面残余应力测试夹具，其特征在于，还包括定位结构，所述定位结构能够与所述第一V形槽（24）和/或所述第二V形槽（25）一起对所述待测物体（100）形成夹持。

9.根据权利要求8所述的壁面残余应力测试夹具，其特征在于，所述定位结构包括连接于所述载物台（2）上的螺钉以及能够张紧于两个所述螺钉之间的弹性线体。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的壁面残余应力测试夹具，其特征在于，还包括锁定件（6），所述锁定件（6）能够锁定所述载物台（2）相对于所述外圈固定框架（1）的轴向及周向位置。

11.根据权利要求1所述的壁面残余应力测试夹具，其特征在于，所述衍射仪尤拉环样品台包括平板（203），所述外圈固定框架（1）被夹持固定于所述平板（203）上。

12.根据权利要求11所述的壁面残余应力测试夹具，其特征在于，所述衍射仪尤拉环样品台还包括：

样品台定位框架（201），所述样品台定位框架（201）呈U型，包括底板和两侧壁，两侧壁的顶端相向延伸形成翻边；

弹性件（202），设置于所述样品台定位框架（201）的底板上；

所述平板（203）设置于所述弹性件（202）上；

所述测试夹具被放置于所述平板（203）上，借助所述弹性件（202）的弹性力，所述测试夹具的所述外圈固定框架（1）能够被夹持于所述平板（203）及所述样品台定位框架（201）的所述翻边之间。

13.一种壁面残余应力测试夹具的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：

将如权利要求1所述壁面残余应力测试夹具置于所述衍射仪尤拉环样品台上并将所述外圈固定框架（1）固定于所述衍射仪尤拉环样品台上；

通过旋转所述载物台（2）带动所述高度调整件（3）旋转，从而调整所述载物台（2）的高度，以使所述待测物体（100）位于预定的测试位置。

14.一种壁面残余应力测试夹具的操作方法，其特征在于，包括如下步骤：

将如权利要求7所述壁面残余应力测试夹具置于所述衍射仪尤拉环样品台上并将所述外圈固定框架（1）固定于所述衍射仪尤拉环样品台上；

旋拧所述载物台（2）以使高度调整件（3）调整至第一位置，在所述第一位置，衍射仪尤拉环的双激光点在所述第一V形槽（24）与所述第二V形槽（25）的交叉点内重合；

将待测物体放置于所述第一V形槽（24）或所述第二V形槽（25）内。

15.根据权利要求14所述的壁面残余应力测试夹具的操作方法，其特征在于，还包括：

从第一键槽（21）及第二键槽（31）中拔出键（4），并旋转所述载物台（2）以调整置于所述载物台（1）上的所述待测物体（100）的方位；

并在所述待测物体（100）的方位确定后固定所述载物台（1）；

所述待测物体（100）能够被固定于所述载物台（1）上。