本發(fā)明涉及應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種殘余應(yīng)力的盲孔檢測(cè)法。

背景技術(shù)：

殘余應(yīng)力是任何工作載荷作用的情況下存在于構(gòu)件內(nèi)部,且在整個(gè)構(gòu)件內(nèi)部保持平衡的應(yīng)力,或者說是材料中發(fā)生了不均勻的彈性變形和不均勻彈塑性變形的結(jié)果，外力或溫度變化而引起的不均勻塑性變形是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的主要原因。機(jī)械制造過程是產(chǎn)生殘余應(yīng)力的主要原因，各種機(jī)械制造工藝，如鑄造、切削、焊接、熱處理、裝配等工藝手段，都會(huì)使工件內(nèi)出現(xiàn)不同程度的殘余應(yīng)力。在工件的使用過程中，工件承受載荷所引起的工作應(yīng)力與其內(nèi)部的殘余應(yīng)力相疊加，將導(dǎo)致工件產(chǎn)生二次變形和殘余應(yīng)力的重新分布，降低了工件的剛性和尺寸穩(wěn)定性，同時(shí)在工作溫度、工作介質(zhì)及殘余應(yīng)力的共同作用下，工件的抗疲勞強(qiáng)度、抗脆斷能力、抗應(yīng)力腐蝕開裂及高溫蠕變開裂能力都將大大下降，當(dāng)機(jī)械設(shè)備的使用過程中發(fā)生的意外破壞事故，除了材料本身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度外，多是由工件的殘余應(yīng)力造成的。因此，對(duì)殘余應(yīng)力的測(cè)量技術(shù)進(jìn)行研究，對(duì)于確保工件的安全性和可靠性有著非常重要的意義。

目前機(jī)械法理論完善，技術(shù)成熟，廣泛應(yīng)用在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試中，但是利用機(jī)械法測(cè)量殘余應(yīng)力需釋放應(yīng)力，需要對(duì)工件局部分離或者分割，會(huì)對(duì)工件造成一定的損傷或者破壞。目前，以淺盲孔法的破壞性最小。近年來科學(xué)工作者對(duì)其做了大量工作，從測(cè)量原理到實(shí)際操作中的各種工藝因素、誤差來源等進(jìn)行了深入的研究，目前己成為工程上最通用的殘余應(yīng)力測(cè)量方法，其具有操作簡(jiǎn)單，測(cè)量方便，對(duì)構(gòu)件損傷程度小等特點(diǎn)。

盲孔法是由mather.j在1932年提出的，后由soete發(fā)展完善而形成系統(tǒng)理論，該方法中采用高靈敏度的箔式應(yīng)變片測(cè)量應(yīng)變量，其基本原理是：假定一種具有殘余應(yīng)力的各項(xiàng)同性材料的工件，其中某一局部區(qū)域存在的殘余應(yīng)力場(chǎng)是均勻的，在表面合適位置粘貼應(yīng)變片，隨后根據(jù)應(yīng)變片的位置鉆一個(gè)直徑2r(2mm左右)深度h(h>2r)的小盲孔，材料的連續(xù)性將遭到破壞，孔邊的徑向應(yīng)力必然下降為零，從而在盲孔附近表面由于釋放部分應(yīng)力而產(chǎn)生相應(yīng)的位移和應(yīng)變，利用靜態(tài)應(yīng)變測(cè)量方法可由應(yīng)變片結(jié)合應(yīng)變儀測(cè)出應(yīng)變值，然后利用彈性力學(xué)理論計(jì)算得到殘余應(yīng)力；在實(shí)際測(cè)量時(shí)，首先在一定條件下作標(biāo)定試驗(yàn)，得到初應(yīng)力與釋放應(yīng)變的關(guān)系曲線，將標(biāo)定結(jié)果代入應(yīng)力—應(yīng)變通孔kirch關(guān)系式，對(duì)kirch公式進(jìn)行修正，得到該試驗(yàn)條件下的a、b標(biāo)定系數(shù)，然后將待測(cè)工件在同一條件下作盲孔試驗(yàn)，根據(jù)所測(cè)得的釋放應(yīng)變，代入經(jīng)過修正的kirch公式，即可得出工件中的殘余應(yīng)力值。

盲孔法測(cè)試殘余應(yīng)力時(shí)，貼應(yīng)變片的質(zhì)量、鉆孔的偏心度、附加應(yīng)變等都對(duì)測(cè)試結(jié)果有影響，尤其是采用傳統(tǒng)機(jī)械式電鉆進(jìn)行鉆孔時(shí)在孔的周圍產(chǎn)生較大的附加應(yīng)變，特別是采用旋轉(zhuǎn)刀具鉆孔，附加應(yīng)力可能很大，m.t.flaman研究鉆孔對(duì)附加應(yīng)變的影響表明,采用低速鉆孔時(shí)(小于1000rmp)可能引入相當(dāng)可觀的附加應(yīng)變；此外，當(dāng)待測(cè)材料硬度較大時(shí)一旦鉆孔發(fā)生偏心，會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度產(chǎn)生較大的影響，根據(jù)國內(nèi)研究資料顯示，當(dāng)鉆孔的偏心距達(dá)到0.001英寸的情況下，純剪應(yīng)力狀態(tài)下誤差可達(dá)7％，而在單軸應(yīng)力狀態(tài)下亦可達(dá)到4.8％。同時(shí)傳統(tǒng)機(jī)械電鉆很難對(duì)高溫硬質(zhì)合金及其他高硬度材料進(jìn)行鉆孔，極大的影響了盲孔法的應(yīng)用范圍。

因此，市場(chǎng)上亟需一種殘余應(yīng)力盲孔檢測(cè)法，使得打孔位置便于選取，工件創(chuàng)傷面積小，精度較高，有效減小了因待測(cè)材料硬度過大時(shí)傳統(tǒng)機(jī)械式鉆孔偏心所帶來的誤差，也明顯降低了傳統(tǒng)機(jī)械式低速鉆孔對(duì)工件的孔周圍產(chǎn)生較大附加應(yīng)變的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種殘余應(yīng)力盲孔測(cè)試法，以解決傳統(tǒng)機(jī)械式電鉆進(jìn)行鉆孔時(shí)在孔的周圍產(chǎn)生較大的附加應(yīng)變，影響測(cè)量結(jié)果的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述一種殘余應(yīng)力盲孔測(cè)試法，包括以下步驟：

步驟一、取待測(cè)工件，選定若干個(gè)檢測(cè)區(qū)域；

步驟二、在檢測(cè)區(qū)域選定打孔點(diǎn)以及應(yīng)變片貼片位置；

步驟三、將應(yīng)變片粘貼在應(yīng)變片貼片位置；

步驟四、對(duì)應(yīng)變片進(jìn)行密封；

步驟五、將應(yīng)變片與應(yīng)變儀相連接；

步驟六、在工件待測(cè)點(diǎn)上表面設(shè)置中通的工作液容器，并將工作液容器與工件待測(cè)點(diǎn)相密封，并在容器中放置工作液；

步驟七、利用電火花成型機(jī)借助工作液在工件表面打孔；

步驟八、打孔完畢后，將工作液排出，并將工件表面殘留的工作液吹干；

步驟九、打孔完畢后靜置至2-3個(gè)小時(shí)，待應(yīng)變儀上數(shù)值趨于穩(wěn)定后，將應(yīng)變片測(cè)出的應(yīng)變值代入公式

以及中，

并據(jù)此計(jì)算出主應(yīng)力的大小和方向，隨后將主應(yīng)力大小和方向角代入公式

即可計(jì)算出環(huán)件徑向及周向的殘余應(yīng)力，其中σr為徑向應(yīng)力；σθ為切向應(yīng)力；σ1、σ2為工件內(nèi)兩個(gè)主應(yīng)力；θ為參考軸與主應(yīng)力σ1方向的夾角；e為材料的彈性模量；a、b為釋放系數(shù)；應(yīng)變片中三個(gè)敏感柵測(cè)出的釋放應(yīng)變分別為ε1、ε2、ε3。

優(yōu)選地，所述步驟一還包括在選定檢測(cè)區(qū)域后，對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行表面處理，所述表面處理方式包括利用砂紙對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行打磨，直至表面光亮為止，并對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行清洗。

優(yōu)選地，所述步驟三中，用直角尺和劃針在應(yīng)變片貼片位置畫出十字定位線，將所述應(yīng)變片通過粘合劑粘貼在應(yīng)變片貼片位置處。

優(yōu)選地，所述步驟三中，操作人確定好應(yīng)變片的45°方向，使應(yīng)變片方位線對(duì)準(zhǔn)十字定位線，在將應(yīng)變片粘貼在應(yīng)變片貼片位置之后，用萬用表檢查應(yīng)變片的電阻值，檢測(cè)有無斷路現(xiàn)象，并用萬用表檢查應(yīng)變片引線與工件間的電阻，檢測(cè)有無短路現(xiàn)象。

優(yōu)選地，在所述步驟四中，將所述應(yīng)變片通過絕緣物質(zhì)進(jìn)行密封。

優(yōu)選地，所述步驟四中，對(duì)應(yīng)變片進(jìn)行密封還包括，取環(huán)形接線端片，將其固定密封粘貼在工件表面，打孔點(diǎn)和應(yīng)變片貼片位置均位于環(huán)形接線端片的內(nèi)圓中，在環(huán)形接線端片的內(nèi)圓中涂覆絕緣物質(zhì)，將應(yīng)變片完全封裝至絕緣物質(zhì)內(nèi)部。

優(yōu)選地，所述絕緣物質(zhì)為玻璃膠或透明橡皮泥。

優(yōu)選地，環(huán)形接線端片上表面設(shè)有若干接線端片，接線端片的數(shù)量與應(yīng)變片引線的數(shù)量相同，應(yīng)變片的引線通過接線端片與應(yīng)變儀相連。

優(yōu)選地，工作液容器為廣口罩，廣口罩的底部設(shè)有水槽。

優(yōu)選地，工作液為油類有機(jī)化合物或蒸餾水或去離子水或配置簡(jiǎn)便的乳化液。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，取得了以下技術(shù)效果：

通過電火花成型機(jī)的高能放電效力在工件表面打孔，打孔位置便于選取，工件創(chuàng)傷面積小，精度較高，因此不僅有效減小了因待測(cè)材料硬度過大時(shí)傳統(tǒng)機(jī)械式鉆孔偏心所帶來的誤差，也明顯降低了傳統(tǒng)機(jī)械式低速鉆孔對(duì)工件的孔周圍產(chǎn)生較大附加應(yīng)變的影響；整套測(cè)試裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，測(cè)試位置的密封結(jié)構(gòu)便于實(shí)施，組裝攜帶及位置調(diào)整比較靈活，能夠滿足絕大部分材質(zhì)及各類形狀的工件表面進(jìn)行盲孔法的殘余應(yīng)力測(cè)試。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例中打孔部件的連接結(jié)構(gòu)示意圖。

其中，1-工件；2-工作液容器；3-環(huán)形接線端片；4-接線端片；5-排水槽。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明公開了一種殘余應(yīng)力盲孔測(cè)試法，以解決傳統(tǒng)機(jī)械式電鉆進(jìn)行鉆孔時(shí)在孔的周圍產(chǎn)生較大的附加應(yīng)變，影響測(cè)量結(jié)果的問題。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

本發(fā)明公開了一種殘余應(yīng)力盲孔測(cè)試法，以解決傳統(tǒng)機(jī)械式電鉆進(jìn)行鉆孔時(shí)在孔的周圍產(chǎn)生較大的附加應(yīng)變，影響測(cè)量結(jié)果的問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述一種殘余應(yīng)力盲孔測(cè)試法，包括以下步驟：

步驟一、取待測(cè)工件1，選定檢測(cè)區(qū)域；利用砂紙對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行打磨，直至表面光亮為止，并對(duì)檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行清洗。步驟二、在檢測(cè)區(qū)域選定打孔點(diǎn)和應(yīng)變片貼片位置；步驟三、將應(yīng)變片通過粘合劑粘貼在應(yīng)變片貼片位置；在將應(yīng)變片粘貼在應(yīng)變片貼片位置之后，還要用萬用表檢查應(yīng)變片的電阻值，確定后有無斷路現(xiàn)象，并用萬用表檢查應(yīng)變片引線與工件1間的電阻，確定有無短路現(xiàn)象。步驟四、取環(huán)形接線端片3，將其固定密封粘貼在工件1表面，所述打孔點(diǎn)和應(yīng)變片貼片位置均位于環(huán)形接線端片3的內(nèi)圓中，在環(huán)形接線端片3的內(nèi)圓中涂覆絕緣物質(zhì)，將應(yīng)變片完全封裝至絕緣物質(zhì)內(nèi)部。步驟五、在環(huán)形接線端片3上表面設(shè)有若干接線端片4，接線端片4的數(shù)量與應(yīng)變片引線的數(shù)量相同，應(yīng)變片每一根引線均通過其相應(yīng)的接線端片4與應(yīng)變儀相連。步驟六、在工件1待測(cè)點(diǎn)上表面設(shè)置中通的工作液容器2，并將工作液容器2與工件1待測(cè)點(diǎn)相密封，并在容器中放置工作液；在本實(shí)施例中，工作液容器2為廣口罩，且所述廣口罩的底部設(shè)有排水槽5；步驟七、利用電火花成型機(jī)借助工作液在工件1表面打孔；孔深度與直徑的比在1.0-1.2之間；步驟八、打孔完畢后，將工作液排出，并將工件1表面殘留的工作液吹干；步驟九、打孔完畢后靜置至2-3個(gè)小時(shí)，待應(yīng)變儀上數(shù)值趨于穩(wěn)定后，將應(yīng)變片測(cè)出的應(yīng)變值代入公式(1)、公式(2)，計(jì)算出主應(yīng)力(σ1、σ2)的大小和方向，然后將主應(yīng)力大小和方向角代入公式(3)即可計(jì)算出環(huán)件各方向的殘余應(yīng)力：

本發(fā)明所述在電火花成型機(jī)打孔過程加入工作液，首先可以加速電極間隙的冷卻過程，降低工具電極與工件1表面瞬時(shí)放電產(chǎn)生的局部高溫，防止工件1表面因局部過熱而產(chǎn)生結(jié)炭、燒傷并形成電弧放電，并由此有效防止應(yīng)變片燒損；其次會(huì)形成火花放電通道，在火花機(jī)電極尖端放電結(jié)束后迅速恢復(fù)放電間隙的絕緣狀態(tài)，以便下一個(gè)脈沖電壓再次形成火花放電；再次使電蝕產(chǎn)物較易從放電間隙中懸浮、排泄出去，避免放電間隙嚴(yán)重污染，導(dǎo)致火花放電點(diǎn)不分散而形成有害的電弧放電；最后可壓縮火花放電通道，增加通道中被壓縮氣體、等離子體的膨脹及爆炸力，從而拋出更多熔化和氣化了的金屬，從而加強(qiáng)了蝕除的效果，極大地減小了火花機(jī)打孔過程中孔周圍產(chǎn)生的附加應(yīng)變。若工作液煤油不純混有部分導(dǎo)電液體，則工件1與加工平臺(tái)之間會(huì)放電，將工件1放傷且使應(yīng)變片與應(yīng)變儀的導(dǎo)電受到干擾，直接影響到應(yīng)變片的測(cè)試精度，因此保險(xiǎn)起見需要對(duì)應(yīng)變片以及打孔環(huán)境作進(jìn)一步的密封處理，使應(yīng)變片與工作液處于完全的隔絕狀態(tài)。

由于應(yīng)變儀的靈敏度很高，因此本發(fā)明將應(yīng)變片通過玻璃膠密封在待測(cè)區(qū)域中，可有效阻止電火花成型機(jī)打孔時(shí)，工作液煤油與應(yīng)變片的接觸的情況，防止煤油不純時(shí)，應(yīng)變片與應(yīng)變儀的導(dǎo)電受到干擾等不利因素，因此有效保護(hù)了應(yīng)變片，保證了應(yīng)變儀測(cè)試時(shí)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，保證了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。

實(shí)施例1

本發(fā)明取gh4169高溫合金環(huán)件作為待測(cè)工件，取蒸餾水作為工作液，在其內(nèi)環(huán)面和端面分別取8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，所述內(nèi)環(huán)面兩點(diǎn)之間的夾角均為45度，且所述內(nèi)環(huán)面點(diǎn)與端面點(diǎn)位置是相對(duì)應(yīng)的，其中表1為內(nèi)環(huán)面殘余應(yīng)力數(shù)值，表2為端面1殘余應(yīng)力數(shù)值，表3為端面2殘余應(yīng)力數(shù)值。

表1

表2

表3

實(shí)施例2

本發(fā)明取gh909合金環(huán)件作為待測(cè)工件，取煤油作為工作液，在其內(nèi)環(huán)面和端面分別取8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，所述內(nèi)環(huán)面兩點(diǎn)之間的夾角均為45度，且所述內(nèi)環(huán)面點(diǎn)與端面點(diǎn)位置是相對(duì)應(yīng)的，表4為內(nèi)環(huán)面殘余應(yīng)力數(shù)值，表5為端面1殘余應(yīng)力數(shù)值，表6為端面2殘余應(yīng)力數(shù)值。

表4

表5

表6

實(shí)施例3

本發(fā)明取tc25合金環(huán)件作為待測(cè)工件，取煤油作為工作液，在其內(nèi)環(huán)面和端面分別取8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，所述內(nèi)環(huán)面兩點(diǎn)之間的夾角均為45度，且所述內(nèi)環(huán)面點(diǎn)與端面點(diǎn)位置是相對(duì)應(yīng)的，表7為內(nèi)環(huán)面殘余應(yīng)力數(shù)值，表8為端面1殘余應(yīng)力數(shù)值，表9為端面2殘余應(yīng)力數(shù)值。

表7

表8

表9

實(shí)施例4

本發(fā)明取gh4169合金環(huán)件作為待測(cè)工件，取煤油作為工作液，在其內(nèi)環(huán)面和端面分別取8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，所述內(nèi)環(huán)面兩點(diǎn)之間的夾角均為45度，且所述內(nèi)環(huán)面點(diǎn)與端面點(diǎn)位置是相對(duì)應(yīng)的，表10為內(nèi)環(huán)面殘余應(yīng)力數(shù)值，表11為端面1殘余應(yīng)力數(shù)值，表12為端面2殘余應(yīng)力數(shù)值。

表10

表11

表12

實(shí)施例5

本發(fā)明取gh706合金環(huán)件作為待測(cè)工件，取蒸餾水作為工作液，在其內(nèi)環(huán)面和端面分別取8個(gè)點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，所述內(nèi)環(huán)面兩點(diǎn)之間的夾角均為45度，且所述內(nèi)環(huán)面點(diǎn)與端面點(diǎn)位置是相對(duì)應(yīng)的，表13為內(nèi)環(huán)面殘余應(yīng)力數(shù)值，表14為內(nèi)環(huán)面殘余應(yīng)力數(shù)值。

表13

表14

通過對(duì)實(shí)施例1-5的實(shí)驗(yàn)過程可以發(fā)現(xiàn)，利用基于電火花打孔的盲孔法測(cè)量殘余應(yīng)力，針對(duì)于常見的鎳基合金與鈦合金都可以順利的進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)量，測(cè)量數(shù)據(jù)的分布基本符合實(shí)際規(guī)律，尤其在取工作液為煤油時(shí)，實(shí)際測(cè)量過程數(shù)據(jù)的波動(dòng)較小，測(cè)試穩(wěn)定性較好，提高了測(cè)量結(jié)果的可靠性。

實(shí)施例6

表15表示各方法在不同材料應(yīng)力釋放試件上3個(gè)敏感柵測(cè)得的總平均加工應(yīng)變

表15中幾種材料由于加工應(yīng)變太大，因此都不能用普通轉(zhuǎn)速的端銑進(jìn)行打孔，即使是加工應(yīng)變最小的軟鋼，只產(chǎn)生(-40με)的加工應(yīng)變，也相當(dāng)于在孔壁上要加很大的載荷才能引起，但實(shí)際上這些加工應(yīng)變是由加工小孔產(chǎn)生的，并非由殘余應(yīng)力釋放所致，假如都計(jì)算在釋放應(yīng)力上，則所測(cè)結(jié)果將產(chǎn)生很大的誤差，利用電火花加工、化學(xué)腐蝕、激光打孔等非接觸式得加工方法，理論上不存在加工應(yīng)變，而實(shí)際中加工應(yīng)變的數(shù)值都可以很小，因此，利用電火花打孔的方法與傳統(tǒng)的機(jī)械式鉆孔對(duì)比，從表15可知，不同方法的加工應(yīng)變數(shù)值相差很大，其中電火花的加工應(yīng)變數(shù)值較其他方法更優(yōu)。

本發(fā)明中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。