本發(fā)明涉及應力檢測技術(shù)領域，特別涉及一種殘余應力的盲孔檢測法。

背景技術(shù)：

殘余應力是任何工作載荷作用的情況下存在于構(gòu)件內(nèi)部,且在整個構(gòu)件內(nèi)部保持平衡的應力,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)生殘余應力的主要原因。機械制造過程是產(chǎn)生殘余應力的主要原因，各種機械制造工藝，如鑄造、切削、焊接、熱處理、裝配等工藝手段，都會使工件內(nèi)出現(xiàn)不同程度的殘余應力。在工件的使用過程中，工件承受載荷所引起的工作應力與其內(nèi)部的殘余應力相疊加，將導致工件產(chǎn)生二次變形和殘余應力的重新分布，降低了工件的剛性和尺寸穩(wěn)定性，同時在工作溫度、工作介質(zhì)及殘余應力的共同作用下，工件的抗疲勞強度、抗脆斷能力、抗應力腐蝕開裂及高溫蠕變開裂能力都將大大下降，當機械設備的使用過程中發(fā)生的意外破壞事故，除了材料本身的結(jié)構(gòu)強度外，多是由工件的殘余應力造成的。因此，對殘余應力的測量技術(shù)進行研究，對于確保工件的安全性和可靠性有著非常重要的意義。

目前機械法理論完善，技術(shù)成熟，廣泛應用在現(xiàn)場測試中，但是利用機械法測量殘余應力需釋放應力，需要對工件局部分離或者分割，會對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。近年來科學工作者對其做了大量工作，從測量原理到實際操作中的各種工藝因素、誤差來源等進行了深入的研究，目前己成為工程上最通用的殘余應力測量方法，其具有操作簡單，測量方便，對構(gòu)件損傷程度小等特點。

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變片測量應變量，其基本原理是：假定一種具有殘余應力的各項同性材料的工件，其中某一局部區(qū)域存在的殘余應力場是均勻的，在表面合適位置粘貼應變片，隨后根據(jù)應變片的位置鉆一個直徑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，孔邊的徑向應力必然下降為零，從而在盲孔附近表面由于釋放部分應力而產(chǎn)生相應的位移和應變，利用靜態(tài)應變測量方法可由應變片結(jié)合應變儀測出應變值，然后利用彈性力學理論計算得到殘余應力；在實際測量時，首先在一定條件下作標定試驗，得到初應力與釋放應變的關(guān)系曲線，將標定結(jié)果代入應力—應變通孔kirch關(guān)系式，對kirch公式進行修正，得到該試驗條件下的a、b標定系數(shù)，然后將待測工件在同一條件下作盲孔試驗，根據(jù)所測得的釋放應變，代入經(jīng)過修正的kirch公式，即可得出工件中的殘余應力值。

盲孔法測試殘余應力時，貼應變片的質(zhì)量、鉆孔的偏心度、附加應變等都對測試結(jié)果有影響，尤其是采用傳統(tǒng)機械式電鉆進行鉆孔時在孔的周圍產(chǎn)生較大的附加應變，特別是采用旋轉(zhuǎn)刀具鉆孔，附加應力可能很大，m.t.flaman研究鉆孔對附加應變的影響表明,采用低速鉆孔時(小于1000rmp)可能引入相當可觀的附加應變；此外，當待測材料硬度較大時一旦鉆孔發(fā)生偏心，會對測量結(jié)果的準確度產(chǎn)生較大的影響，根據(jù)國內(nèi)研究資料顯示，當鉆孔的偏心距達到0.001英寸的情況下，純剪應力狀態(tài)下誤差可達7％，而在單軸應力狀態(tài)下亦可達到4.8％。同時傳統(tǒng)機械電鉆很難對高溫硬質(zhì)合金及其他高硬度材料進行鉆孔，極大的影響了盲孔法的應用范圍。

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

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明公開了一種殘余應力盲孔測試法，以解決傳統(tǒng)機械式電鉆進行鉆孔時在孔的周圍產(chǎn)生較大的附加應變，影響測量結(jié)果的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述一種殘余應力盲孔測試法，包括以下步驟：

步驟一、取待測工件，選定若干個檢測區(qū)域；

步驟二、在檢測區(qū)域選定打孔點以及應變片貼片位置；

步驟三、將應變片粘貼在應變片貼片位置；

步驟四、對應變片進行密封；

步驟五、將應變片與應變儀相連接；

步驟六、在工件待測點上表面設置中通的工作液容器，并將工作液容器與工件待測點相密封，并在容器中放置工作液；

步驟七、利用電火花成型機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個小時，待應變儀上數(shù)值趨于穩(wěn)定后，將應變片測出的應變值代入公式

以及中，

并據(jù)此計算出主應力的大小和方向，隨后將主應力大小和方向角代入公式

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

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

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

優(yōu)選地，所述步驟三中，操作人確定好應變片的45°方向，使應變片方位線對準十字定位線，在將應變片粘貼在應變片貼片位置之后，用萬用表檢查應變片的電阻值，檢測有無斷路現(xiàn)象，并用萬用表檢查應變片引線與工件間的電阻，檢測有無短路現(xiàn)象。

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

優(yōu)選地，所述步驟四中，對應變片進行密封還包括，取環(huán)形接線端片，將其固定密封粘貼在工件表面，打孔點和應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有若干接線端片，接線端片的數(shù)量與應變片引線的數(shù)量相同，應變片的引線通過接線端片與應變儀相連。

優(yōu)選地，工作液容器為廣口罩，廣口罩的底部設有水槽。

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

本發(fā)明相對于現(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材料硬度過大時傳統(tǒng)機械式鉆孔偏心所帶來的誤差，也明顯降低了傳統(tǒng)機械式低速鉆孔對工件的孔周圍產(chǎn)生較大附加應變的影響；整套測試裝置結(jié)構(gòu)簡單，測試位置的密封結(jié)構(gòu)便于實施，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行盲孔法的殘余應力測試。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，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。

具體實施方式

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

本發(fā)明公開了一種殘余應力盲孔測試法，以解決傳統(tǒng)機械式電鉆進行鉆孔時在孔的周圍產(chǎn)生較大的附加應變，影響測量結(jié)果的問題。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

本發(fā)明公開了一種殘余應力盲孔測試法，以解決傳統(tǒng)機械式電鉆進行鉆孔時在孔的周圍產(chǎn)生較大的附加應變，影響測量結(jié)果的問題。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所述一種殘余應力盲孔測試法，包括以下步驟：

步驟一、取待測工件1，選定檢測區(qū)域；利用砂紙對檢測區(qū)域進行打磨，直至表面光亮為止，并對檢測區(qū)域進行清洗。步驟二、在檢測區(qū)域選定打孔點和應變片貼片位置；步驟三、將應變片通過粘合劑粘貼在應變片貼片位置；在將應變片粘貼在應變片貼片位置之后，還要用萬用表檢查應變片的電阻值，確定后有無斷路現(xiàn)象，并用萬用表檢查應變片引線與工件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，所述打孔點和應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上表面設有若干接線端片4，接線端片4的數(shù)量與應變片引線的數(shù)量相同，應變片每一根引線均通過其相應的接線端片4與應變儀相連。步驟六、在工件1待測點上表面設置中通的工作液容器2，并將工作液容器2與工件1待測點相密封，并在容器中放置工作液；在本實施例中，工作液容器2為廣口罩，且所述廣口罩的底部設有排水槽5；步驟七、利用電火花成型機借助工作液在工件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個小時，待應變儀上數(shù)值趨于穩(wěn)定后，將應變片測出的應變值代入公式(1)、公式(2)，計算出主應力(σ1、σ2)的大小和方向，然后將主應力大小和方向角代入公式(3)即可計算出環(huán)件各方向的殘余應力：

本發(fā)明所述在電火花成型機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，并由此有效防止應變片燒損；其次會形成火花放電通道，在火花機電極尖端放電結(jié)束后迅速恢復放電間隙的絕緣狀態(tài)，以便下一個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，避免放電間隙嚴重污染，導致火花放電點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，從而加強了蝕除的效果，極大地減小了火花機打孔過程中孔周圍產(chǎn)生的附加應變。若工作液煤油不純混有部分導電液體，則工件1與加工平臺之間會放電，將工件1放傷且使應變片與應變儀的導電受到干擾，直接影響到應變片的測試精度，因此保險起見需要對應變片以及打孔環(huán)境作進一步的密封處理，使應變片與工作液處于完全的隔絕狀態(tài)。

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

實施例1

本發(fā)明取gh4169高溫合金環(huán)件作為待測工件，取蒸餾水作為工作液，在其內(nèi)環(huán)面和端面分別取8個點進行測試，所述內(nèi)環(huán)面兩點之間的夾角均為45度，且所述內(nèi)環(huán)面點與端面點位置是相對應的，其中表1為內(nèi)環(huán)面殘余應力數(shù)值，表2為端面1殘余應力數(shù)值，表3為端面2殘余應力數(shù)值。

表1

表2

表3

實施例2

本發(fā)明取gh909合金環(huán)件作為待測工件，取煤油作為工作液，在其內(nèi)環(huán)面和端面分別取8個點進行測試，所述內(nèi)環(huán)面兩點之間的夾角均為45度，且所述內(nèi)環(huán)面點與端面點位置是相對應的，表4為內(nèi)環(huán)面殘余應力數(shù)值，表5為端面1殘余應力數(shù)值，表6為端面2殘余應力數(shù)值。

表4

表5

表6

實施例3

本發(fā)明取tc25合金環(huán)件作為待測工件，取煤油作為工作液，在其內(nèi)環(huán)面和端面分別取8個點進行測試，所述內(nèi)環(huán)面兩點之間的夾角均為45度，且所述內(nèi)環(huán)面點與端面點位置是相對應的，表7為內(nèi)環(huán)面殘余應力數(shù)值，表8為端面1殘余應力數(shù)值，表9為端面2殘余應力數(shù)值。

表7

表8

表9

實施例4

本發(fā)明取gh4169合金環(huán)件作為待測工件，取煤油作為工作液，在其內(nèi)環(huán)面和端面分別取8個點進行測試，所述內(nèi)環(huán)面兩點之間的夾角均為45度，且所述內(nèi)環(huán)面點與端面點位置是相對應的，表10為內(nèi)環(huán)面殘余應力數(shù)值，表11為端面1殘余應力數(shù)值，表12為端面2殘余應力數(shù)值。

表10

表11

表12

實施例5

本發(fā)明取gh706合金環(huán)件作為待測工件，取蒸餾水作為工作液，在其內(nèi)環(huán)面和端面分別取8個點進行測試，所述內(nèi)環(huán)面兩點之間的夾角均為45度，且所述內(nèi)環(huán)面點與端面點位置是相對應的，表13為內(nèi)環(huán)面殘余應力數(shù)值，表14為內(nèi)環(huán)面殘余應力數(shù)值。

表13

表14

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

實施例6

表15表示各方法在不同材料應力釋放試件上3個敏感柵測得的總平均加工應變

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

本發(fā)明中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實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，對于本領域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。