切环法残余应力试验
残余应力测试方法综述
工 业 技 术65科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 机械零部件中存在的残余应力近年来日益受到人们的关注，尤其是一些成形小的结构件中的残余应力在实际使用中会产生一些有害影响，如微机械、微机电系统中由于制备的原因，残余应力是结构件破坏的主要因素之一。
目前，比较成熟的残余应力检测和评价方法主要限于一些比较大的结构件中。
较大型的机械零部件在加工成形中由于需要较大的变形如挤压、焊接变形，从而容易形成残余应力。
例如：大型铸焊件在热处理或焊接过程中由于热影响而引起的残余变形所导致的残余应力尤为突出。
残余应力对工程构件，特别是对压力容器等焊接结构的危害是显而已见的；反之，也有采取某种特殊工艺措施，使零部件表面形成正压力（如喷丸、碾压等）以增强零部件的抗疲劳能力，提高其使用寿命。
随着断裂力学分析方法的不断发展，迫切要求定量了解或确定零部件内存在的残余应力大小。
由于产生残余应力的机理极其复杂，单纯采用理论分析以及计算方法求解，往往不能满足实际需要，同时现有的一些理论模型还不能完全反映实际情况从而达到寿命预测的目的，因此，实验仍是直接测试零部件的残余应力必不可少的工作方法。
1 残余应力的测量方法1.1物理式残余应力测试方法物理式残余应力测试方法主要有射线法、磁测法及超声法。
这种方法是无损式测量方法，其中射线法使用较多，而且比较成熟；但设备较复杂，携带到现场并在实物上测量有一定的困难，操作技术较复杂。
超声法和磁测法能够测量表面下的应力，是一种较新的测试方法。
1.2机械式残余应力测试方法机械式残余应力测试方法主要采用电阻应变测量技术，通过分段切割、套孔或钻小孔等方法，将残余应力全部或部分释放，获得零部件内的残余应力。
其中套孔法是在应变片周围切一环形槽（如图1(a)所示），将环槽中心工件部分完全孤立，释放孤立区域的残余应力（约释放90％以上），并由应变片检测出释放应变。
残余应力的测试标准
残余应力的测试标准残余应力是指在物体内部或表面存在的一种应力状态，它是在物体内部或表面上由于加工、焊接、热处理等工艺过程中产生的应力。
残余应力的存在会对材料的性能和使用寿命产生一定的影响，因此对残余应力进行测试是非常重要的。
下面将介绍残余应力的测试标准及相关内容。
1. 测试方法。
残余应力的测试方法有很多种，常见的包括X射线衍射法、光栅法、中子衍射法、电子衍射法等。
其中，X射线衍射法是应用最为广泛的一种方法。
通过X射线衍射仪器可以测定材料内部的应力状态，得到残余应力的大小和分布情况。
2. 测试标准。
在进行残余应力测试时，需要遵循一定的测试标准，以保证测试结果的准确性和可靠性。
国际上常用的残余应力测试标准有ASTM E837-13、ISO 2360:2003、GB/T 2970-2016等。
这些标准对于测试方法、设备精度、样品制备、测试程序、数据处理等方面都有详细的规定，使用者可以根据实际情况选择合适的标准进行测试。
3. 测试样品。
在进行残余应力测试时，选择合适的测试样品对于测试结果的准确性至关重要。
通常情况下，可以选择金属材料、焊接接头、热处理件等作为测试样品。
对于不同材料和工艺的测试样品，需要根据标准要求进行制备和处理，以保证测试的有效性。
4. 测试结果。
残余应力测试的结果通常以应力大小和分布图形式呈现。
通过对测试结果的分析，可以了解材料内部或表面的应力状态，为进一步的工艺改进和材料设计提供参考依据。
同时，测试结果也可以用于评估材料的质量和可靠性，对于产品的使用和维护具有重要意义。
5. 应用领域。
残余应力测试在航空航天、汽车制造、电子设备、建筑结构等领域都有着广泛的应用。
通过对材料残余应力的测试，可以有效地预防材料的疲劳破坏、断裂和变形，提高产品的使用寿命和安全性，对于保障工程质量和产品质量具有重要意义。
6. 结语。
残余应力的测试标准对于保证测试结果的准确性和可靠性至关重要。
通过遵循相关的测试标准和方法，可以得到准确的残余应力测试结果，为材料的设计和工艺改进提供科学依据。
发动机缸体切割法残余应力测试试验
发动机缸体切割法残余应力测试试验某生产发动机缸体的厂家，近期发现一批缸体有变形、开裂现象。
经研究发现，这些变形、裂纹都与残余应力有关。
在缸体铸件冷却过程中产生了残余应力，当缸体承受外力时，残余应力与其相互作用，从而改变缸体实际受到的应力大小。
当局部应力叠加超过材料强度极*时，就会引起缸体变形甚至开裂。
因此，有必要对发动机缸体内部进行残余应力测试和分析。
残余应力测试方法残余应力测试方法主要分有损和无损两大类，有损检测有盲孔法、切割法等，无损检测有x射线、磁测法等。
本次实验中，测试件结构复杂、体积大、重量大、表面存在氧化层和铸造残沙，所以X射线法不适用。
盲孔法主要是用于物体表面残余应力测试，所以也不适用。
而切割法可以*全测量内部残余应力，并且对构件尺寸没有要求，因此切割法更适合发动机缸体的残余应力测试。
测试仪器试验仪器采用聚航科技的JHYC静态应变测量系统，多通道设计，软件式操作，中文界面，应变值实时显示，数据及曲线实时保存，仪器精度高，测量结果精确。
试验依据：《GBT 31218-2014金属材料残余应力测定全释放应变法》残余应力测试方案（1）测点位置选取应变测试点的选取原则应遵循以下几点：1.理论计算的高应力区和实际发生开裂的部位；2缸体实施减重部位；3进一步优化设计关注的部位。
根据以上原则，在缸体上共选取12个测点，均采用三轴应变花。
（2）应变片的粘贴及连接：将各个测点位置进行打磨清洁，粘贴应变片及接线端子。
（3）初始值记录：完成贴片后，将应变片按照1/4桥接入JHYC静态应变仪，查看数据，待数据稳定后记录缸体应变初始值。
（4）测量及缸体切割：拆除测量线缆，依据切割方案将缸体进行切割，沿着各测点位置将应变片尽可能割成小块，切割过程中注意应变片的保护。
（5）终值记录：切割完成后，将切割下来的试块上的应变片按照1/4桥接入应变仪，查看数据，待数据稳定后记录缸体应变终值。
测试结果及计算缸体使用材料是HT250，其弹性模量为120GPa，泊松比为0.3。
大型发电机转轴表面残余应力测试方法比较
ｒ ｉ ｎ ｇ — ｃ ｏ ｒ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｔ ｏ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｓ ｕ ｒ ｆ ａ ｃ ｅ ｒ ｅ ｓ ｉ ｄ ｕ ａ ｌ ｓ ｔ ｒ ｅ ｓ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｌ ａ ｒ ｇ ｅ － ｓ ｉ ｚ ｅ ｇ ｅ ｎ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ’ Ｓ ｓ ｈ ａ ｔ ｆ ｗａ ｓ ｉ ｎ ｔ ｒ ｏ ｄ ｕ ｃ ｅ ｄ ｂ ｒ ｉ ｅ ｌ ｆ ｙ ａ ｓ ｗｅ ｌ ｌ ａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ａ ｒ ｉ ｓ ｏ ｎ ｗａ ｓ ｄ ｏ ｎ ｅ ｂ ｅ ｔ ｗｅ ｅ ｎ ｔ ｈ ｅ ｃ ｕ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ ｒ ｉ ｎ ｇ — ｃ ｏ ｒ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｓ ． Ｔｈ ｅ ｍｅ ａ ｓ ｕ ｒ ｅ ｄ ｄ ａ ｔ ａ ｂ ｙ ｔ ｈ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ — ｃ ｏ ｒ ｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ
出现翘 曲变形或者尺寸上的变化 ， 并将有可能影 响到转轴本身的固有频率…， 这对服役期长 达几 十年的发电机来说具有很大的风 险， 因此 目前的 技术条件一般要求转 轴的残余应力≤６ ０ ＭＰ ａ 。
关键 词 ： 大 型发 电机
法 切 环法
转轴
残 余应 力测 试
环芯
中图分类号 ： Ｔ Ｍ３ ０ ６ 文献标识码 ： Ａ
大型汽轮发 电机 的转轴 作为发 电机 中最大 的转 动部件 ， 运 行时转 速一般为３ ０ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ 或 ３ ６ ０ ０ ｒ ／ ｍｉ ｎ ， 因此 对发电机转轴的力学性能也有 较 高的要求 ， 残余应力就 是其中的一项。 一般残
造 完成 之 后的 一项 重要 测试 项 目，目前 ， 对大 型 发 电机 转 轴 表面 残 余应 力测 试 的方 法 主要 有切 环 法和环 芯 法
残余应力测试方法
残余应力测试方法残余应力是指材料或结构在受力作用后，未完全消除的应力。
残余应力的存在可能会对材料的性能和结构的稳定性产生影响，因此对残余应力进行测试和评估是非常重要的。
一、残余应力的形成原因1. 加工过程中的应力：在材料加工过程中，由于变形、切削或焊接等操作，会引入应力，这些应力可能会在材料中残留下来。
2. 热应力：材料在加热和冷却过程中，由于热胀冷缩不均匀，会产生热应力，这些应力也可能会残留下来。
3. 外部载荷：材料受到外部力的作用，如压力、拉力或弯曲力等，会导致材料产生应力，这些应力也可能会残留下来。
二、残余应力的测试方法1. X射线衍射法：通过测量材料中晶格的畸变程度来间接推测残余应力的大小和方向。
2. 中子衍射法：利用中子的衍射特性来分析材料中晶体的结构和应力状态。
3. 应变测量法：通过测量材料中的应变来推断残余应力的大小和分布。
4. 晶格畸变法：通过分析材料中晶格的畸变情况来评估残余应力。
5. 超声波法：利用超声波在材料中传播的速度和衰减情况来测量材料中的应力。
6. 磁性法：利用材料磁性的变化来分析残余应力的分布和大小。
7. 光学法：通过光学显微镜或偏光显微镜观察材料中的应力畸变情况。
8. 拉伸法：将材料进行拉伸测试，通过测量材料的应变和应力来计算残余应力。
三、残余应力测试的应用领域1. 金属材料：在金属材料的制备和加工过程中，残余应力会对材料的强度、韧性和疲劳寿命等性能产生影响，因此对金属材料中的残余应力进行测试是非常重要的。
2. 焊接结构：焊接过程中产生的残余应力可能会导致焊接接头的变形或裂纹，因此对焊接结构中的残余应力进行测试可以评估焊接接头的质量和可靠性。
3. 玻璃材料：玻璃材料在制备和加工过程中可能会产生残余应力，这些应力可能会导致玻璃材料的破裂或变形，因此对玻璃材料中的残余应力进行测试可以评估其稳定性和可靠性。
4. 复合材料：在复合材料的制备和加工过程中，残余应力可能会导致复合材料的层间剥离或破坏，因此对复合材料中的残余应力进行测试可以评估其性能和可靠性。
残余应力检测标准(一)
残余应力检测标准(一)
残余应力检测标准
简介
•残余应力是指材料在内部的各种力学作用下形成的在没有外部力作用时仍存在的应力。
•残余应力的存在对材料的性能和可靠性有重要影响。
•残余应力检测标准是确保材料质量和安全的重要手段。
全球标准
•美国标准
–美国国家标准与技术研究院（NIST）发布的[NIST SP 960-16](
–美国机械工程师学会（ASME）发表了[ASME ]( 对于工艺管道中残余应力的检测要求。
•欧洲标准
–欧洲材料和工艺协会（Federation of European
Materials Societies，FEMS）发布了一系列与残余应力检
测相关的标准，如[EUROMAT IX](
•亚洲标准
–日本标准
•日本材料学会（JSS）发布了[JIS Z 2251](
•日本试验机制造商协会（JWRI）制定了[WTC-1WB]( –中国标准
–中国材料研究学会（C-MRS）发布了[GB/T 29720](
残余应力检测方法
•表面应力测量
–X射线衍射法
–应变计法
–激光法
•体积应力测量
–中子衍射法
–相差法（Moire Method）
–磁触头测量法
残余应力的影响
•机械性能
•耐蚀性能
•疲劳寿命
•塑性变形能力
结语
残余应力检测是确保材料安全和性能的重要环节，全球范围内都有相应的检测标准。
采用不同的测量方法可以得到准确的残余应力数据，这些数据对于材料的使用和改进具有重要的指导意义。
残余应力测定方法(精)
第二章残余应力测定方法残余应力的测定方法大致可分为机械测量法和物理测量法两类。
物理测量法包括X射线法、磁性法、和超声波法等。
它们分别利用晶体的X射线衍射现象.材料在应力作用下的磁性变化和超声效应来求得残余应力的量值。
它们是无损的测量方法。
其中X射线法使用较多，比较成熟，被认为是物理测量法中较为精确的一种测量方法。
磁弹性法和超声波法均是新方法，尚不成熟，但普遍地认为是有发展前途的两种测试方法。
物理法的测试设备复杂.昂贵.精度不高。
特别是应用于现场实测时，都有一定的局限性和困难。
机械方法包括切割法、套环法和钻孔法（下面主要介绍）等，它是把被测点的应力给予释放，并采用电阻应变计测量技术测出释放应变而计算出原有残余应力。
残余应力的释放方法是通过机械切割分离或钻一盲孔等方法，因此它是一种破坏性或半破坏性的测量方法，但它具有简单、准确等特点。
从两类方法的测试功能来说，机械方法以测试宏观残余应力为目的，而物理方法则测试宏观应力与微观应力的综合值。
因此两种方法测试的结果一般来说是有区别的。
一、分离法测量残余应力切割法和套环法都是将被测点与其邻近部分分开以释放残余应力，因此统称分离法。
它是测量残余应力的一种最简单的方法，多用于测量表面残余应力或沿厚度方向应力变化较小的构件上的残余应力。
（一）、切割法：在欲测部位划线：划出20mm×20mm的方格将测点围在正中。
在方格内一定方向上贴应变计和应变花，再将应变计与应变仪相连，通电调平。
然后用铣床或手锯慢速切割方格线，使被测点与周围部分分离开。
切割后，再测应变计得到的释放应变。
它与构件原有应变量值相同、符号相反，因此计算应力时，应将所得值乘以负号。
释放后的残余应力计算方法如下：1、如果已知构件的残余应力为单向应力状态，只要在主应力方向贴一个应变片（如图3.1）即可。
分割后得释放应变ε，由虎克定律可知其残余应力为：σ=-Eε（1）2、如果构件上残余应力方向已知，则在测点处沿主应力方向粘贴两个应变片1和2（如图3.2所示）。
振动时效效果的判定方法
第六章振动时效效果的判定方法检验振动时效的效果实际上就是检验工件中残余应力是否得以消除和均化，目前对残余应力的测试方法很多，但总的分为两大类。
一类是定量测试：如盲孔法、X射线法、磁测法、喷砂打孔法、切割法、套环法等。
一类是定性测试：如振动参数曲线法、尺寸精度稳定性法等。
本章着重一讲振动曲线法，其它方法都有专门介绍，在此就不再详谈。
第一节常用的几种残余应力测试法1.切割法、套环法：这两种方法的基本原理是一样的，就是在被测点附近，先贴上应变片，然后再用手锯或铣床，在这一点附近切割出方格线，使之与邻近部分分开以释放残余应力，并用应变片测出应变量，再计算出该点处的残余应力值大小。
2.盲孔法：切割法和套环法具有较大的破坏性，因此目前应用较为广泛的残余应力测试方法是钻盲孔法。
钻孔法测量残余应力就是在被测点上钻一小孔，使被测点的应力得到部分或全部释放，并由事先贴在小孔周围的应变计测得释放的应变量，再根据弹性力学原理计算出残余应力。
钻孔的直径和深度都不大，不会影响被测构件的正常使用。
并且这种方法具有较好的精度，因此它已成为应用比较广泛的残余应力测试方法之一。
3.X射线法：X射线法测应力的基本原理是，利用X射线穿透晶粒时产生的衍射现象。
在弹性应变作用下，引起晶格间距变化，使衍射条纹产生位移，根据位移的变化即可计算出应力来。
X射线法测应力的特点如下：①它是一种无损测试方法。
②它测量的仅仅是弹性应变而不包括塑应变（因为工件塑性变形时其晶面间距并不改变，不会引起衍射线的位移）。
③被测面直径可以小到1～2mm。
因此可以用于研究一点应力和梯度变化较大的应力分布。
④由于穿透能力的限制，一般只能测深度在10um左右的应力，所以只是表面应力。
⑤对于能给出清晰衍射峰的材料，例如退火后细晶粒材料，本方法可达10Mpa的精度，但对于淬火硬化或冷加工材料，其测量误差将增大许多倍。
4.磁测法：磁测法测量残余应力是近年来发展起来的一种新方法，它具有较大的发展前途，设备简单、使用方便，它不仅可以测残余应力也可以测载荷作用下的应力。