CN114486030A - 铝材残余应力检测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于残余应力检测技术领域，尤其为铝材残余应力检测方法，包括光学检测和超声波检测两种方法检测铝材残余应力。本发明通过设置光学检测方式，能够测得使用某种残余应力消除方式能够消除的残余应比值，验证这种残余应力消除方式是否好用，配合超声波检测的方式检测到的铝材残余应力、某种残余应力消除方式能够处理后的铝材残余应力和两者的比值，进行比照能够使得测量结果更精确，通过使光学检测和超声波检测两种检测都在真空箱内进行，使得环境中的微粒对检测结果影响较小，使得检测结果的误差更小，通过设置在铝材的中间和边缘位置取样，能够测得铝材整体的平均应力情况。
Description
技术领域
本发明涉及残余应力检测技术领域，具体为铝材残余应力检测方法。
背景技术
残余应力指的是消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力，机械加工和强化工艺都能引起残余应力，如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热处理等，因不均匀塑性变形或相变都可能引起残余应力，残余应力一般是有害的，如零件在不适当的热处理、焊接或切削加工后，残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂，或经淬火、磨削后表面会出现裂纹，残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷，而当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加，使总应力超过强度极限时，便出现裂纹和断裂，常见的残余应力消除方法有人工时效法、机械拉伸法、冷漠压法、深冷处理法、震动消除法等。机械拉伸法可以消除90％以上的残余应力，人工时效法可以消除10～20％的残余应力；在研发新的残余应力消除方法的时候，因为没有标准的消除了残余应力的金属件作为标准，不知道残余应力的消除量是多少，残余应力有时也有有益的方面，它可以被控制用来提高零件的疲劳强度和耐磨性能，因此，在铝材的生产过程中需要进行残余应力的检测，使得铝材能够符合生产的要求。
现有的对铝材残余应力检测通常直接使用超声波检测设备对铝材进行检测，检测速度较快，但是在缺乏对照的情况下往往容易出现偏差，同时对铝材残余应力的检测通常是在敞开环境下进行，干扰因素较多，数据可靠性不高，所以现提出了一种铝材制品的残余应力检测方法来解决上述问题。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供了铝材残余应力检测方法，解决了上述背景技术中提到的问题。
（二）技术方案
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
铝材残余应力检测方法，包括光学检测和超声波检测两种方法检测铝材残余应力，包括如下步骤：
S1：定位裁切，在被测铝材的边缘和中间位置分别裁取相同体积的材料，并将取自不同位置的材料都均匀分割为六个试样；
S2：均匀取样，对两块取自不同位置的材料用1和2进行区分，对一块材料上分割的六个试样用A、B、C、D、E、F区分，因此，对两块不同位置的材料分割成的试样分别标记为A1、B1、C1、D1、E1、F1和A2、B2、C2、D2、E2、F2；
S3：误差校对，对标记为A1、B1、C1、D1、E1和A2、B2、C2、D2、E2的试样的质量和形状进行测量，并通过裁切的方式使A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2的质量和形状差距较小。
进一步地，对标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样进行光学检测，具体为表面变形检测、整体变形检测和内部变形检测,包括如下步骤：
SA1：设置区分，对标记为A1、A2的试样不做任何操作，对标记为B1、B2的试样进行人工时效和机械拉伸的操作，对标记为C1、C2的试样进行某种消除残余应力的操作；
SA2：真空处理，将光学检测装置设置在真空箱内，依次将标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样中的一个放置到光学检测装置上，使用真空抽气装置将真空箱内部抽真空；
SA3：表面残余应力比值测算，启动光学检测装置，依次对标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样分别进行表面变形检测，分别测得其表面变形量为G1、G2、H1、H1、I1、I2，通过公式Z=（I1/（G1-H1）+I2/（G2-H2））/2,测得某种残余应力消除法处理后表面残余应力比值Z；
SA4：整体残余应力比值测算，启动光学检测装置，依次对标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样分别进行整体变形检测，分别测得其整体变形量为J1、J2、K1、K2、L1、L2，通过公式Y=（L1/（J1-K1）+L2/（J2-K2））/2,测得某种残余应力消除法处理后整体残余应力比值Y；
SA5：内部残余应力比值测算，启动光学检测装置，依次对标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样分别进行整体变形检测，分别测得其内部变形量为M1、M2、N1、N2、P1、P2，通过公式W=（P1/（M1-N1）+P1/（M1-N1））/2,测得某种残余应力消除法处理后内部残余应力比值W。
进一步地，某种残余应力消除法处理后，整体残余应力比值应为表面残余应力比值和内部残余应力比值之和。
进一步地，对标记为D1、D2、E1、E2、F1、F2试样进行超声波检测，包括如下步骤：
SB1：设置区分，对标记为D1、D2的试样不做任何操作，对标记为E1、E2的试样进行人工时效和机械拉伸的操作,对标记为F1、F2的试样进行某种消除残余应力的操作；
SB2：真空处理，超声波检测将超声波检测仪放置在真空箱内，依次将标记为D1、D2、E1、E2、F1、F2的试样中的一个放置到超声波检测仪上，使用真空抽气装置将真空箱内部抽真空；
SB3：进行检测，启动超声波检测仪，依次对标记为D1、D2、E1、E2的试样分别的残余应力进行检测，分别测得其残余应力为Q1、Q2、R1、R2、T1、T2；
SB4：数值计算，通过公式U=（Q1+Q2）/2，测得铝材残余应力U。
（三）有益效果
与现有技术相比，本发明提供了铝材残余应力检测方法，具备以下有益效果：
本发明，通过设置光学检测方式，能够测得使用某种残余应力消除方式能够消除的残余应比值，验证这种残余应力消除方式是否好用，配合超声波检测的方式检测到的铝材残余应力、某种残余应力消除方式能够处理后的铝材残余应力和两者的比值，进行比照能够使得测量结果更精确，通过使光学检测和超声波检测两种检测都在真空箱内进行，使得环境中的微粒对检测结果影响较小，使得检测结果的误差更小，通过设置在铝材的中间和边缘位置取样，能够测得铝材整体的平均应力情况。
附图说明
图1为本实用铝材取样流程图；
图2为本发明光学检测流程图；
图3为本发明超声波检测流程图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本发明一个实施例提出的铝材残余应力检测方法，包括光学检测和超声波检测两种方法检测铝材残余应力，包括如下步骤：
S1：定位裁切，在被测铝材的边缘和中间位置分别裁取相同体积的材料，并将取自不同位置的材料都均匀分割为六个试样；
S2：均匀取样，对两块取自不同位置的材料用1和2进行区分，对一块材料上分割的六个试样用A、B、C、D、E、F区分，因此，对两块不同位置的材料分割成的试样分别标记为A1、B1、C1、D1、E1、F1和A2、B2、C2、D2、E2、F2；
S3：误差校对，对标记为A1、B1、C1、D1、E1和A2、B2、C2、D2、E2的试样的质量和形状进行测量，并通过裁切的方式使A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2的质量和形状差距较小。
通过上述步骤，对检测残余应力的铝材完成进行取样，在取样的试样之间尽量排除质量和形状的干扰因素。
如图2所示，在一些实施例中，对标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样进行光学检测，具体为表面变形检测、整体变形检测和内部变形检测,包括如下步骤：
SA1：设置区分，对标记为A1、A2的试样不做任何操作，对标记为B1、B2的试样进行人工时效和机械拉伸的操作，对标记为C1、C2的试样进行某种消除残余应力的操作；
SA2：真空处理，将光学检测装置设置在真空箱内，依次将标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样中的一个放置到光学检测装置上，使用真空抽气装置将真空箱内部抽真空；
SA3：表面残余应力比值测算，启动光学检测装置，依次对标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样分别进行表面变形检测，分别测得其表面变形量为G1、G2、H1、H1、I1、I2，通过公式Z=（I1/（G1-H1）+I2/（G2-H2））/2,测得某种残余应力消除法处理后表面残余应力比值Z；
SA4：整体残余应力比值测算，启动光学检测装置，依次对标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样分别进行整体变形检测，分别测得其整体变形量为J1、J2、K1、K2、L1、L2，通过公式Y=（L1/（J1-K1）+L2/（J2-K2））/2,测得某种残余应力消除法处理后整体残余应力比值Y；
SA5：内部残余应力比值测算，启动光学检测装置，依次对标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样分别进行整体变形检测，分别测得其内部变形量为M1、M2、N1、N2、P1、P2，通过公式W=（P1/（M1-N1）+P1/（M1-N1））/2,测得某种残余应力消除法处理后内部残余应力比值W。
在操作中，测算表面残余应力比值时，将试样放置在光学检测装置的激光发射器的下方，试样上的反射光指向光学检测装置的光信号接收板，在检测表面变形量时，在试样的上表面激光发射器照射点附近开设盲槽，盲槽的深度和孔径均为试样厚度的10%～20%，盲孔圆心与照射点之间的距离为试样厚度的2～4倍，将盲槽打孔前后接收板上激光反射点之间的位移数值相加得到表面变形量；在检测整体变形量时，在试样的上表面激光发射器照射点外侧以照射点为圆心呈圆周阵列依次开设4～12个通孔，通孔的直径为试样厚度的10%～20%，通孔的圆心与照射点之间的距离为试样厚度的2～4倍，每打一个通孔就记录接收板上激光反射点之间的位移数值，所有的激光反射点之间的位移数值相加得到整体变形量；在检测内部变形量时，在试样的上表面激光发射器照射点外侧以照射点为圆心呈圆周阵列依次开设4～12个盲孔，盲孔的深度和孔径均为试样厚度的10%～20%，盲孔的圆心与照射点之间的距离为试样厚度的2～4倍，记录每个盲孔开设后接收板上激光反射点的位置，之后将盲孔打通变成通孔，再次记录每个通孔开设后接收板上激光反射点的位置，计算两种反射点之间的位移数值，将每个孔位盲孔和通孔的激光反射点的位移数值相加就是内部变形量，根据表面变形量、整体变形量和内部变形量的数据能够测得残余应力的比值，通过设置真空箱抽真空，能够使得真空箱内部的悬浮物质较少，减少对光学检测过程的干扰。
在一些实施例中，某种残余应力消除法处理后，整体残余应力比值应为表面残余应力比值和内部残余应力比值之和，通过上例中测得的三个比值，能够判断检测误差范围。
如图3所示，在一些实施例中，对标记为D1、D2、E1、E2、F1、F2试样进行超声波检测，包括如下步骤：
SB1：设置区分，对标记为D1、D2的试样不做任何操作，对标记为E1、E2的试样进行人工时效和机械拉伸的操作,对标记为F1、F2的试样进行某种消除残余应力的操作；
SB2：真空处理，超声波检测将超声波检测仪放置在真空箱内，依次将标记为D1、D2、E1、E2、F1、F2的试样中的一个放置到超声波检测仪上，使用真空抽气装置将真空箱内部抽真空；
SB3：进行检测，启动超声波检测仪，依次对标记为D1、D2、E1、E2的试样分别的残余应力进行检测，分别测得其残余应力为Q1、Q2、R1、R2、T1、T2；
SB4：数值计算，通过公式U=（Q1+Q2）/2，测得铝材残余应力U。
通过超声波检测设仪检测试样的残余应力，简单直观，能够用来与上例中光学检测方式进行对比，使得数据更精确，也能判读是否存在操作失误，通过设置真空箱抽真空，能够使得真空箱内部的悬浮物质较少，减少对超声波检测过程的干扰。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.铝材残余应力检测方法，包括光学检测和超声波检测两种方法检测铝材残余应力，其特征在于：包括如下步骤：
S1：定位裁切，在被测铝材的边缘和中间位置分别裁取相同体积的材料，并将取自不同位置的材料都均匀分割为六个试样；
S2：均匀取样，对两块取自不同位置的材料用1和2进行区分，对一块材料上分割的六个试样用A、B、C、D、E、F区分，因此，对两块不同位置的材料分割成的试样分别标记为A1、B1、C1、D1、E1、F1和A2、B2、C2、D2、E2、F2；
S3：误差校对，对标记为A1、B1、C1、D1、E1和A2、B2、C2、D2、E2的试样的质量和形状进行测量，并通过裁切的方式使A1、A2、B1、B2、C1、C2、D1、D2的质量和形状差距较小。
2.根据权利要求1所述的铝材残余应力检测方法，其特征在于：对标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样进行光学检测，具体为表面变形检测、整体变形检测和内部变形检测,包括如下步骤：
SA1：设置区分，对标记为A1、A2的试样不做任何操作，对标记为B1、B2的试样进行人工时效和机械拉伸的操作，对标记为C1、C2的试样进行某种消除残余应力的操作；
SA2：真空处理，将光学检测装置设置在真空箱内，依次将标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样中的一个放置到光学检测装置上，使用真空抽气装置将真空箱内部抽真空；
SA3：表面残余应力比值测算，启动光学检测装置，依次对标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样分别进行表面变形检测，分别测得其表面变形量为G1、G2、H1、H1、I1、I2，通过公式Z=（I1/（G1-H1）+I2/（G2-H2））/2,测得某种残余应力消除法处理后表面残余应力比值Z；
SA4：整体残余应力比值测算，启动光学检测装置，依次对标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样分别进行整体变形检测，分别测得其整体变形量为J1、J2、K1、K2、L1、L2，通过公式Y=（L1/（J1-K1）+L2/（J2-K2））/2,测得某种残余应力消除法处理后整体残余应力比值Y；
SA5：内部残余应力比值测算，启动光学检测装置，依次对标记为A1、A2、B1、B2、C1、C2的试样分别进行整体变形检测，分别测得其内部变形量为M1、M2、N1、N2、P1、P2，通过公式W=（P1/（M1-N1）+P1/（M1-N1））/2,测得某种残余应力消除法处理后内部残余应力比值W。
3.根据权利要求2所述的铝材残余应力检测方法，其特征在于：某种残余应力消除法处理后，整体残余应力比值应为表面残余应力比值和内部残余应力比值之和。
4.根据权利要求1所述的铝材残余应力检测方法，其特征在于：对标记为D1、D2、E1、E2、F1、F2试样进行超声波检测，包括如下步骤：
SB1：设置区分，对标记为D1、D2的试样不做任何操作，对标记为E1、E2的试样进行人工时效和机械拉伸的操作,对标记为F1、F2的试样进行某种消除残余应力的操作；
SB2：真空处理，超声波检测将超声波检测仪放置在真空箱内，依次将标记为D1、D2、E1、E2、F1、F2的试样中的一个放置到超声波检测仪上，使用真空抽气装置将真空箱内部抽真空；
SB3：进行检测，启动超声波检测仪，依次对标记为D1、D2、E1、E2的试样分别的残余应力进行检测，分别测得其残余应力为Q1、Q2、R1、R2、T1、T2；
SB4：数值计算，通过公式U=（Q1+Q2）/2，测得铝材残余应力U。
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2021
- 2021-12-30 CN CN202111639003.6A patent/CN114486030A/zh active Pending
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