專利名稱：微型電測式無損測定殘余應(yīng)力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種微型電測式無損測定殘余應(yīng)力的方法。它是一種利用低壓直流電源、毫伏表(或微伏表、毫伏級的萬用表)和自重式三支點二觸頭可移動的傳感器或磁吸式二觸頭可移動的傳感器進(jìn)行物理稱量的方法。
目前國內(nèi)外殘余應(yīng)力的測量分有損檢測和無損檢測兩種。有損檢測在很多情況下不宜在產(chǎn)品零、構(gòu)件上使用。
X射線法、磁性法和超聲法等均為無損檢測法。
X射線法所采用的設(shè)備昂貴、對操作者的技術(shù)水平要求較高，產(chǎn)生X射線須有20千伏以上的高壓電源，X射線對人體健康有害，必須對高壓電和X射線輻射采取防護(hù)措施，而且其測角器有較大的體積，一般的X射線應(yīng)力儀都不可能在600×600×600毫米以下的零件內(nèi)腔中進(jìn)行測量。磁性法的傳感器不太大，但它對測點表面的要求較高(在≥φ30毫米的平面光潔度為
6，并嚴(yán)格要求平整)，目前還未能妥善解決在曲面上測量的問題，而且測量材料限制為含鐵量不低于93%的鐵磁材料。超聲法國內(nèi)外近年來在測定裝置和方法上進(jìn)行了研究，并已成功地在螺栓予緊力測定等工程上獲得實際應(yīng)用，但目前在測定二維應(yīng)力方面尚不夠成熟，對操作者技術(shù)水平要求較高，對測量表面也有較嚴(yán)格的要求。
本發(fā)明的目的在于提供一種設(shè)備簡單、價格便宜、操作方便、能夠在金屬零、構(gòu)件的平面、曲面和30×30×30毫米以上的內(nèi)腔中進(jìn)行殘余應(yīng)力無損測定、而同時又能保證工程上要求的測量精度的方法。
本發(fā)明所使用的自重式三支點二觸頭可移動的傳感器(參看圖2和圖3)外形尺寸在φ50×50毫米以下，磁吸式二觸頭可移動的傳感器的外形尺寸在φ30×30毫米以下。兩種傳感器操作方便、成本都極低，便于攜帶，測量時都無須用電阻應(yīng)變片，可以靈活地在金屬零、構(gòu)件的平面、曲面和30×30×30毫米以上的內(nèi)腔中進(jìn)行殘余應(yīng)力的無損測量。當(dāng)測定工作應(yīng)力時，雖然測量精度不及傳統(tǒng)的采用電阻應(yīng)變片的電測法，但本發(fā)明無須貼電阻應(yīng)變片，無須電阻應(yīng)變儀，操作方便，節(jié)約了電阻應(yīng)變片的費用。
除了傳感器之外，本發(fā)明只需用普遍使用的低壓直流穩(wěn)壓電源和毫伏表(或毫伏級的萬用表)，設(shè)備簡單、便宜，便于在現(xiàn)場檢測。
當(dāng)使用微伏表代替毫伏表時，測量精度還可以提高。
本發(fā)明的工作原理和磁性法、超聲法等殘余應(yīng)力無損檢測法相似。
磁性法利用了鐵磁材料的導(dǎo)磁率對殘余應(yīng)力引起的應(yīng)變敏感;超聲法利用了超聲波在金屬內(nèi)部的傳播速度對應(yīng)力引起的應(yīng)變敏感;而本發(fā)明便是利用了金屬內(nèi)部的電阻對應(yīng)力引起的應(yīng)變敏感。只要把金屬零、構(gòu)件測點表面電阻非常弱的差異分辨出來，便可以將其表面的殘余應(yīng)力測定出來。
本發(fā)把理想中的一個測點化作實際測量中的兩個觸頭間的狹長區(qū)域，也就是說，本發(fā)明測到的是這個狹長區(qū)域殘余應(yīng)力的平均值。
首先準(zhǔn)備好一塊經(jīng)二次退火充分消除殘余應(yīng)力的“零應(yīng)力”試樣，其材料應(yīng)與待測工件完全相同，其厚度和形狀盡量相似。
“零應(yīng)力”試樣測點和待測工件測點都用同號細(xì)砂紙打磨光。它們的表面狀態(tài)應(yīng)盡量一致;它們在試樣中所處的部位最好也盡量相同。
測量時，用傳感器在“零應(yīng)力”試樣測點和待測工件測點上交替測量。殘余應(yīng)力不同，測點的電阻不同，因而從毫伏表測出的電壓值也不同。根據(jù)在待測方向(圖3中的X-X方向)和與待測方向垂直的方向(圖3中的y-y方向)所測得的“零應(yīng)力”試樣測點與待測工件測點的電壓差值，從標(biāo)定曲面即可得到該測點在待測方向的殘余應(yīng)力值。
標(biāo)定時，用本發(fā)明的方法在“零應(yīng)力”試樣與標(biāo)定試樣的一系列測點上所得到的電壓差值和用傳統(tǒng)的方法(如小孔法、梳狀切條法和磁測法、X射線法等)在標(biāo)定試樣上相同的一系列測點測得的殘余應(yīng)力值進(jìn)行對比，得出標(biāo)定曲面。標(biāo)定試樣的材料應(yīng)與待測工件完全相同，厚度和形狀最好盡量一致，并人為地使它具有相當(dāng)大幅度的拉、壓殘余應(yīng)力。
也可以在雙軸(X向和y向)雙向(拉或壓)試驗機(jī)對標(biāo)定試樣加載進(jìn)行標(biāo)定。
每種材料需標(biāo)定一次。
本發(fā)明的優(yōu)點是設(shè)備簡單、價格便宜、操作方便、能夠在金屬零、構(gòu)件的平面、曲面和30×30×30毫米以上的內(nèi)腔中進(jìn)行殘余應(yīng)力無損測定、而同時又能保證工程上要求的測量精度。本發(fā)明的測量精度為±30～40MPa。


圖1為本發(fā)明所使用的傳感器、低壓直流穩(wěn)壓電源和毫伏表的接線電路示意圖，其中1為低壓直流穩(wěn)壓電源;2為毫伏表或毫伏級的萬用表;3為傳感器兩良導(dǎo)體觸頭與待測工件測點形成的電阻;4、5為良導(dǎo)體支柱與測點接觸的觸頭;6、7為毫伏表與兩良導(dǎo)體支柱的接點;8為直流電源與傳感器的連接導(dǎo)線;9為毫伏表與傳感器的連接導(dǎo)線。
圖2為本發(fā)明所使用的自重式三支點二觸頭可移動的傳感器的A-A剖視圖，其中10為殼體;11為連接螺母;12為絕緣板;13為良導(dǎo)體支柱。
圖3為本發(fā)明所使用的自重式三支點二觸頭可移動的傳感器的B-B剖視圖，其中14為支承螺母。X-X為待測殘余應(yīng)力的方向。y-y為與待測方向垂直的方向。
實施例1采用～220V50HZ 12V
0.6A直流穩(wěn)壓電源、圖2和圖3所示的自重式三支點二觸頭可移動的傳感器和DT-890型數(shù)字顯示式萬用表。使用重慶金剛砂布廠生產(chǎn)的工具牌GZ120(O)YBG砂布，把“零應(yīng)力”試樣和待測工件測點打磨光。測得25Ni CrMo“零應(yīng)力”試樣和待測工件測點在X-X和y-y方向的電壓值(表1只給出X-X方向的電壓值)。根據(jù)所測得的電壓差值，從標(biāo)定曲面即可得到該測點在所測方向(X-X方向)的殘余應(yīng)力值。傳感器兩個良導(dǎo)體觸頭4和5的間距取為15毫米(參看圖1、圖2和圖3)。
表1電壓測量記錄表(X-X方向)“零應(yīng)力”試樣測點待測工件測點(毫伏)(毫伏)19.8 16.419.6 16.519.7 16.719.8 19.419.6 16.權(quán)利要求
1.一種微型電測式無損測定殘余應(yīng)力的方法，根據(jù)金屬內(nèi)部的電阻對應(yīng)力引起的應(yīng)變敏感的原理，其特征在于利用低壓直流電源，通過自重式三支點二觸頭可移動的傳感器或磁吸式二觸頭可移動的傳感器，從毫伏表測到的“零應(yīng)力”試樣和待測工件測點的電壓差值，根據(jù)標(biāo)定曲面確定待測工件測點的殘余應(yīng)力值；自重式三支點可移動的傳感器的兩個良導(dǎo)體觸頭與測點接觸，而傳感器的另一個支點則在測點外與零、構(gòu)件保持穩(wěn)定接觸。
全文摘要
本發(fā)明為一種微型電測式無損測定殘余應(yīng)力的方法。它是一種利用低壓直流電源、毫伏表和自重式三支點二觸頭可移動的傳感器或磁吸式傳感器進(jìn)行物理稱量的方法。當(dāng)零、構(gòu)件的殘余應(yīng)力不同時，其電阻也不同，通過傳感器所測得的電壓也不同。從在“零應(yīng)力”試樣和待測工件的測點上所測得的電壓差值，根據(jù)標(biāo)定曲面確定待測工件測點的殘余應(yīng)力值?？稍谄矫?、曲面和30×30×30毫米以上的內(nèi)腔中進(jìn)行測量。準(zhǔn)確度可達(dá)±30～40MPa。
文檔編號G01L1/20GK1042775SQ88108019
公開日1990年6月6日 申請日期1988年11月18日 優(yōu)先權(quán)日1988年11月18日
發(fā)明者馮家驊 申請人:重慶大學(xué)