[实用新型]电解抛光——X射线应力分析测试平台

说明书

技术领域

本实用新型属于材料焊接残余应力无损测试领域，开发了表面处理与X射线应力分析综合处理的平台；该平台适用于焊接结构的表面电解抛光与应力测量，并涉及其使用方法。

背景技术

近年来，随着我国工业技术的迅速发展，我国的制造业如汽车、船舶、电站、航空航天等诸多领域对焊接结构的多样化、复杂化和可靠性提出了越来越严格的要求。焊接作为材料加工的重要组成部分，与螺栓连接和铆接相比有着质量轻、密闭好、强度高等诸多优点，其相关的工艺、结构设计以及性能分析一直以来备受关注。焊接技术是同种或异种材料通过加热或者加压或者两者并用，使用或者不适用填充材料，使工件的材质达到原子间结合而形成永久性连接的工艺。由此可见，焊接过程是一个局部不均匀加热的过程，经过焊接热源局部加热后的焊接结构内部会产生热应力，经过热过程的金属由于微观组织发生变化(相变应力)或者由于导热传热的不同在结构的约束下产生焊接结构的内部变化，并由此产生焊后残余变形和残余应力。随着焊接结构的复杂程度的提高，结构中的约束变大大，结构内部的残余应力和变形现象也更加明显，残余应力对整个焊接结构的可靠性的影响就更明显。由焊接残余应力引发的工艺缺陷(例如热裂纹、应力腐蚀等)将会影响到结构的刚度、强度、疲劳寿命和尺寸稳定性，从而导致结构的可靠性降低。在新材料种类繁多、焊接结构越发复杂、焊接工艺越发先进、焊接产品可靠性要求越发严格的今天，对焊接结构残余应力的有效分析是焊接技术发展的重要环节。

为了对焊接结构对焊后残余应力进行更有效地、精确地分析，许多残余应力的测试方法应运而生。对于测试方法的分类从大的方向可以分成有检测方法和无损检测方法。有损检测方法的原理是首先在需要测量残余应力的位置周围贴上应变片或者应变计，然后将需要测试残余应力的部分剥离出来或者分割出来，通过应变片测量材料分离前后的应变的变化量来计算测试点的残余应力，因为是通过宏观表征的应变来进行计算残余应力，因此其测试精度较高，但是对材料进行了破坏，影响到焊接产品的正常使用，且无法对同一个位置进行重复性试验，由于需要事先安装应变片且需要进行材料分离。因此对材料几何结构有一定的要求，有损检测方法主要包括钻孔法(盲孔法)、环芯法、切割取条法、深孔法等等。无损检测方法是利用材料的物理特性与应力应变的关系，通过测量材料的某些物理参数的变化来计算材料的残余应力。无损检测方法主要包括X射线衍射法、中子衍射法、磁性法、超声法。其中X射线衍射法和中子衍射法都是通过直接对微观晶格应变得到的衍射结果，再通过微观晶格变形与宏观应力的关系计算出残余应力的数值。应用这种原理的测量方法不需要破坏材料，通过找到与被测材料相匹配的靶材并通过调节射线的入射角、射线强度、摇摆角等参数，即可对材料的残余应力进行有效的测量。这种方法的优点是避免了材料的破坏，不影响产品的正常使用，可以多次重复性测量，射线斑点直径小、测试探头灵活，对材料的几何形状基本没有特殊要求，更加适用于对各种焊接结构的应力测量和分析。缺点是由于通过测量微观的晶格畸变，因此测量的准确性相对较低；斑点直径较小，对材料的表面的光洁度、粗糙度均有较高的要求。综上所述，推动无损检测法中的X射线衍射方法进一步发展是具有深远意义的。

为了解决X射线应力分析前对材料表面的处理，并在处理后可以立即进行相应表面处理位置的应力分析的问题，亟需设计一种测试平台，既能够灵活且精确地处理材料表面的粗糙度，又可以在处理后进行X射线应力分析，同时实现两种功能，为X射线应力分析的简便化提供良好的途径。为此，本实用新型建立了电解抛光—X射线应力分析测试平台，以及其使用方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于建立一个材料表面处理与X射线应力分析两个功能综合的测试平台。其中对于材料的表面处理方法采用电解抛光，即在电解质溶液环境中，通过控制电解抛光时间，材料表面的微小突起(不平整的部分)会先行溶解，不平整的部分附着的油污、锈渍会电解到电解质溶液中，则整个材料表面趋于平整光洁，便于进一步X射线应力分析。通过调整X射线的射线强度和衍射角度，找到适合与待测材料匹配的衍射参数从而得到优良的衍射峰，通过计算得出测试点的残余应力，从而得到准确的残余应力。

本实用新型建立了一个测试平台，该平台由三个主要部分组成：平台的支撑结构、旋转测试台结构、电解抛光支架结构。