[发明专利]一种钻孔法残余应力标定装置

说明书

技术领域

本发明属于金属材料力学性能测试技术领域，具体涉及一种钻孔法残余应力标定装置。

背景技术

残余应力问题一直受到人们的关注。在铸造、锻造、焊接及各类切削加工过程中，工件均会由于受外力和温度的作用而引起残余应力。残余应力的产生、叠加及释放过程造成零件内部应力状况的重新分布，就可能影响零件的尺寸和形位精度以及零部件的装配精度，降低零件的疲劳强度、抗应力腐蚀及抗蠕变开裂的能力，最终影响到机器设备的性能与使用寿命。因此，分析残余应力的产生机理、探究有效的残余应力测试方法与改善零件中残余应力状况具有非常重大的意义。

目前残余应力的测量方法可分为无损测量法和机械释放测量法两种。无损测量法即物理检测法，主要有x射线法、x射线衍射法、中子衍射法、超声法和磁性法等。机械释放测量法是将具有残余应力的部件从构件中分离或切割出来使应力释放，由测量其应变的变化求出残余应力，该方法会对工件造成一定的损伤或者破坏，但其测量精度较高、理论完善、技术成熟，应用广泛。近年来各国研究者继续对机械释放测量法作了大量的研究工作，从实际操作中的各种工艺参数、误差来源等方面进行了深入分析，使其日趋完善。它们主要包括钻孔法(盲孔法)、环芯法、分割切条法等，美国ASTM协会已将盲孔法纳入标准。盲孔法就是在工件上钻一小通孔或不通孔，使被测点的应力得到释放，并由事先贴在孔周围的敏感栅测得释放的应变量，再根据弹性力学原理通过换算便可以得到钻孔处深度方向上的平均残余应力。

钻孔法残余应力测试需要在被测物体表面贴上如图1所示的应变片，一个应变片通常由三个或三个以上敏感栅组成，敏感栅分布在几何中心圆的四周，该中心圆的直径仅在1mm左右，需要借助钻孔对中仪器进行定位，如图2所示，钻孔对中仪器上的可拆卸测量显微镜20和水平调节旋钮40可帮助操作者完成该项工作，定位完成后取下显微镜换上专用铣刀，在圆心处钻孔(孔必须位于中心圆内，否则数据无效)，最后用应变测量仪记录被测物体表面所释放的应变，将所得数据结合应力标定系数A和B便可计算出残余应力。实际的钻孔与应变片中心的同心度控制非常重要，它对测试结果的准确性起到了决定性作用，因此操作人员需要对钻孔对中仪器进行细致调整，应确保钻孔与应变片中心不发生偏离。

目前有两种不同的方法可以测定残余应力：第一即高速钻残余应力测量方法，其残余应力的测量可以依据有限元分析得到的应力标定系数进行计算；第二是目前国内常用的低速钻残余应力测量方法。第二种方法产生的重要误差来源有两个：一个是小孔边缘应力集中产生的塑性变形，这在高值残余应力场中尤为明显；一个是钻孔过程中与刃具切削和残余应力大小有关的加工应变，这在采用低速钻时十分突出。

为了克服实际测量过程中可能产生的这些误差，通常采用标定试验的方式解决。这样的标定试验需要在标定试样上施加一个特定应力σ，使最大主应力σ等于外加载荷引起的应力σ，然后在应变圆的中心钻孔，记录加载前后的应变读数。根据钻孔前后的释放应变，按公式(1)、(2)计算标定系数A、B值。

A=ϵ1+ϵ32σ...(1)]]>

B=ϵ1-ϵ32σ...(2)]]>

系数A、B的测量次数应不少于2次，如果2次比较误差超过10％，应重新标定。2次标定得到A、B系数取平均值使用。