[发明专利]一种基于中子源的低压铸造原位应力测量装置

说明书

本发明提供了一种基于中子源的低压铸造原位应力测量装置，包括低压铸造模块、铸件模具、移动平台和中子衍射模块，低压铸造模块固定安装在移动平台上，铸件模具安装在低压铸造模块上，中子衍射模块设置在低压铸造模块上方且中子束穿过铸件模具；低压铸造模块包括一立式筒形结构的低压腔室，低压腔室内安装有用于加热坩埚的电阻炉，坩埚安装在电阻炉的炉膛内，坩埚通过升液管与铸件模具的腔室连通。本发明的装置在不破坏铸件的情况下，通过中子获取铸件不同位置的衍射特征信号，实现金属工程部件铸造装置与中子源的在线耦合，能够实时原位探测大型薄壁金属铸件凝固过程中应力场演化规律，达到原位探测与调控大型薄壁铸件残余应力的目的。

技术领域

本发明涉及应力测量技术领域，具体但不限于涉及一种基于中子源的低压铸造原位应力测量装置。

背景技术

低压铸造通过使用压缩气体或者惰性气体提供低压环境，自下而上，平稳充型，有较好的补缩作用。实际生产中，低压铸造复杂大型薄壁铸件时经常面临着非预期变形、开裂等问题，导致这些问题产生的根本原因在于残余应力。残余应力在金属工程部件铸造、焊接等加工制造中是不可避免的，它与外加载荷叠加形成的应力决定了金属工程部件的服役效能与损伤失效特性。不合理的残余应力分布不仅会缩短铸件的使用寿命、降低材料的耐蚀性和冲击韧性、疲劳强度，甚至会使铸件变形、报废。因此，实现铸件应力场原位探测与调控是成为提升低压铸造金属工程部件服役效能的关键。

常用的应力场探测方法包括X射线法、钻孔法和中子衍射法，X射线法仅能探测部件表层(0.5mm)应力分布，钻孔法准确性低且破坏工件，中子衍射虽然可以无损探测工程部件深部应力场，却受一定的尺寸约束，并且也是对已成形试样进行应力分析，无法探测铸造应力场演化路径。采用模拟的方法虽然可以通过建立模型来构造铸件的应力场，但与实际的应力场相比缺乏准确性，还需采用实验方法来验证可靠性。现有的技术主要是研究如何更精准地对已成型的样品进行残余应力的测试，无法满足铸件成型过程中原位应力场探测与调控的需求，因此对于试样残余应力的研究与调控过程始终存在着一定的局限性。

常见的低压铸造装置一般包括自保持炉、可移动更换的铸模，以及连通两者的供料件，通过向保持炉内通入压缩气体使液态金属受压，经过供料件进入上方的铸模，填充并凝固成型，完成零件的铸造。对于金属工程部件残余应力分析的方法，不论是测量方式还是使用设备，大多是针对制造成型后的零件进行改进，缺少原位研究技术和装置。

生产中常见的低压铸造装置都是属于加工制造装置，大部分以提高铸造零件质量为目标来改进装置，无法实时探测分析铸件内部残余应力演化规律，限制了低压铸件性能的提升。残余应力是导致铸件发生失效的主要原因，残余应力场的原位探测与在线调控是提升金属工程部件服役效能的关键，但是现有的低压铸造技术及设备均无法实现这一目标。

有鉴于此，需要提供一种新的结构或方法，以期解决上述至少部分问题。

发明内容

针对现有技术中的一个或多个问题，本发明提出了一种基于中子源的低压铸造原位应力测量装置，在不破坏铸件的情况下，通过中子获取铸件不同位置的衍射特征信号，实现金属工程部件铸造装置与中子源的在线耦合，能够实时原位探测大型薄壁金属铸件凝固过程中应力场演化规律，达到原位探测与调控大型薄壁铸件残余应力的目的。

实现本发明目的的技术解决方案为：

根据本发明的一个方面，一种基于中子源的低压铸造原位应力测量装置，包括低压铸造模块、铸件模具、移动平台和中子衍射模块，低压铸造模块固定安装在移动平台上，铸件模具放置在低压铸造模块上，中子衍射模块设置在低压铸造模块的上方、铸件模具的外围，使用时调节移动平台将待测铸件的给定点移动至由处于相互垂直路径的狭缝和狭缝所确定的位置上，使中子束通过狭缝穿过铸件模具中待测铸件的给定点；其中：