钻孔法测量残余应力
钻孔法测量焊接残余应力误差因素分析
钻孔法测量焊接残余应力误差因素分析0 序言焊件在焊接过程中受到不均匀加热、因加热引起的热变形以及组织变形往往受到焊件本身刚度和外加拘束的双重约束，焊后构件内会存在焊接残余应力. 残余应力对构件的疲劳强度、服役寿命和抗应力腐蚀开裂等性能都会产生不利的影响. 为保证焊接接头的可靠性，需测定和掌握焊接接头应力分布情况. 在现存的残余应力测量方法中，钻孔法理论体系完备，是目前最常用的残余应力测量方法，美国ASTM 协会已将其纳入标准[1]. 然而，钻孔法测量残余应力时存在着较多的误差因素，影响测量结果的可靠性. 为降低各种误差因素对测量结果的影响，提高钻孔法残余应力测量结果的可靠性，众多研究者从钻孔时产生的偏心、应变计横向效应、应变计粘贴角度的偏差、孔边应力集中引起塑性变形、钻孔直径与钻孔深度、测试表面形状、贴片尺寸等方面分析、估计了钻孔法残余应力测量误差[2-6]，使钻孔法残余应力的测量精度在一定程度上得以提高. 然而，钻孔法测量残余应力过程中往往还存在弹性模量误差、贴片误差和应变取值时间误差等误差因素，现存的文献也未对这些误差因素进行深入分析、研究，使钻孔法测量残余应力的误差因素分析不全面，导致无法全面地提高残余应力测量精度，进而无法全面保证测量结果的可靠性. 因此，为全面提高钻孔法测量残余应力的精度，文中依据钻孔法测量原理，从误差传递理论推导影响测量结果的误差公式，根据误差公式找出测量过程中的误差因素，由误差因素建立一条影响最终测量结果的误差链以实现对测量误差的全面分析. 以10 mm厚2A12高强铝合金VPPA-MIG(变极性等离子弧–熔化极气体保护)复合焊接板材为试验对象，通过误差传递理论定量分析误差链中的弹性模量误差、贴片误差和应变取值时间误差等误差因素对最终测量结果的影响，找到剔除这些误差因素影响的有效途径，提高钻孔法测量高强铝合金2A12 VPPA-MIG复合焊接残余应力测量结果的可靠性.进而为根据残余应力分布情况优化现有高强铝合金VPPA-MIG复合焊接工艺[7-10]奠定基础，使高强铝合金获得VPPA-MIG复合焊接高效高质量的焊缝成形，更好地应用于航天航空器制造等领域.李辛孟（1997—），男，汉族，山西长治人，本科在读，研究方向：播音与主持艺术；姜壮（1985—），通讯作者，汉族，山东烟台人，硕士，讲师，一级播音员，研究方向：广播电视节目制作。
内应力钻孔测试法
树脂成型部件残余应力的测量方法 ～钻孔法～什么是残余应力作为树脂内生应力的一个典型例子，残余应力是在不受外力作用的情况下由内部材料产生的一种应力。
其大小取决于成型条件、成型品形状等多种因素。
树脂注射成型时必然会产生残余应力，只是大小有别而已。
其原因是在注射成型时，熔融树脂的表层和内层的固化收缩速度不同（存在时间差），于是固化慢的内部就会在固化的同时对固化快的外部产生拉伸作用，从而产生残余应力。
残余应力所导致的问题残余应力会导致部件变形、疲劳断裂、溶液膨胀加快等问题，因此必须预先了解并设法降低它。
钻孔法概述钻孔法（hole-drilling method）是评估金属材料残余应力的一种有效方法。
其过程是贴上微型花式 3 向应变仪，在其中心部分钻孔（半断裂法），然后根据孔的变形情况来求出开放应力。
ASTM （美国材料试验学会）已将此法标准化。
钻孔法的原理在毫无应力的试件上钻孔时孔将呈正圆形，而在有应力的试件上钻孔时孔则会产生应变。
这种应变的大小和方向与该处存在的应力有关，因此用设置在孔周围的 3 向应变仪来测量该应变后便可求出原有的残余应力值。
传统方法的改进及其在树脂方面的应用厚壁金属部件的应力均匀分布在测量范围内，而树脂成型品的薄壁处则分布有残余应力，因此用钻孔法来求出树脂成型品的残余应力时就要设法找到这种应力分布的适当表达方法。
本公司经过认真研究测量方法和条件开发出了新的逐次计算法，从而能够定量评估残余应力在表层附近到内层的分布状况。
总结逐次计算法既可用来评估残余应力，也可用来评估树脂部件内层部分所承受的负荷应力。
也就是说，可通过评估组装和加工（焊接、螺钉固定、弹性配合等）时树脂部件所承受的负荷来求出最佳制造条件的指标。
我们希望这项评估技术能够与本公司的产品一起被广泛应用于树脂产品厂家的多个方面，如树脂成型部件的形状设计、成型加工、故障分析等。
残余应力的测量方法
残余应力的测量方法由于工件经过振动时效处理以后其残余应力降低，所以测定工件振动时效前后残余应力的变化量也是判断振动时效效果的方法之一。
1. 盲孔法：它的原理是在平衡状态下的原始应力场上钻孔，以去除一部分具有应力的金属，而使圆孔附近部分金属内的应力得到松弛，钻孔破坏了原来的应力平衡状态而使应力重新分布，并呈现新的应力平衡，从而使圆孔附近的金属发生位移或应变，通过高灵敏度的应变仪，测量钻孔后的应变量，就可以计算原应力场的应力值。
测量仪器；应变仪.盲孔钻. 应变花。
2.X射线法：X射线应力测定方法是利用X射线衍射测定试样中晶格应变求出工件表面应力的方法。
但是由于χ光应力测定仪的测量精度较差.比较适合用于测定具有较大残余应力的工件，如普通纲件.焊接件 .淬火件等。
З.磁性法：磁性法测量残余应力是利用铁磁材料的压磁效应即在应力作用下.铁磁材料的各方向上的导磁率发生不同的变化，从而产生磁各向异性.通过对导磁率变化的测定来确定残余应力的方法。
此法目前尚处于试验或试用阶段，我所正在进行探讨采用此方法的可能性。
有关的数据处理方法在科学试验中，有着大量的测试数据，但是有时这些数据并不能使我们一目了然，而通过对这些数据进行科学的整理和分析，就可以帮助我们总结出许多现象和问提。
目前，这一问提已经引起越来越多的科技工作者的注意和重视，我们试验中每批试件尺寸精度保持性的数据都是几百个，甚至上千多个，因此初步尝试用一些简单的数理统计方法分析.整理了大批试验数据，取得了一定的成效。
4.测量误差分析：对大量的数据运用数理统计方法进行分析 .整理时，经常要用到算术平均值（X ）及离差（s ）其表达式为：一般用表示测量值的平均水平。
用8来衡量测量值的波动情况，S越大，表名测量值的波动越大，S小，则说明测量比较集中。
在计算.分析振动时效工件导轨精度变化量时，根据测量时重复读数的偏差大小，可以算出测量的离差值S，当变形量小于S时，就应该认为没有变形或变形不显著。
pc残余应力检测标准
PC残余应力检测标准一、钻孔应变释放法钻孔应变释放法是一种通过在混凝土中钻孔，然后测量钻孔周围的应变变化来推算残余应力的方法。
该方法主要适用于测量较浅的表面应力，同时要求钻孔周围无其他干扰因素。
该方法的优点是设备简单、操作方便，但精度相对较低，且对结构会造成一定损伤。
二、全释放应变法全释放应变法是一种通过在混凝土表面粘贴应变片，然后测量应变片的应变变化来推算残余应力的方法。
该方法适用于测量较深层的应力，但精度受多种因素影响，如应变片的粘贴质量、温度变化等。
该方法的优点是能够测量深层应力，且对结构无损伤，但操作较为繁琐，需要专业人员操作。
三、电磁检测方法电磁检测方法是一种利用电磁感应原理来测量混凝土中钢筋应力的方法。
该方法通过在混凝土表面发射电磁波，然后接收反射回来的电磁波，通过分析反射波的相位和振幅等信息来推算钢筋的应力。
该方法适用于测量钢筋的应力，但精度受多种因素影响，如钢筋的位置、混凝土的密度等。
该方法的优点是不需要在混凝土中钻孔或粘贴应变片，对结构无损伤，但需要专业人员操作。
四、X射线衍射方法X射线衍射方法是一种利用X射线在混凝土中衍射产生的布拉格衍射峰来推算残余应力的方法。
该方法适用于测量混凝土中的各种矿物相的残余应力，但精度受多种因素影响，如混凝土的成分、密度等。
该方法的优点是能够测量混凝土中的各种矿物相的残余应力，但需要使用昂贵的设备，且操作需要专业人员。
五、中子衍射方法中子衍射方法是一种利用中子在混凝土中衍射产生的布拉格衍射峰来推算残余应力的方法。
该方法适用于测量混凝土中的各种矿物相的残余应力，但精度受多种因素影响，如混凝土的成分、密度等。
该方法的优点是能够测量混凝土中的各种矿物相的残余应力，但需要使用昂贵的设备，且操作需要专业人员。
六、超声临界折射纵波检测方法超声临界折射纵波检测方法是利用超声波在混凝土中传播的物理特性，通过对超声波传播速度、振幅、频率等参数的测量和分析，推算混凝土内部的残余应力。
钻孔法中的残余应力场Ⅰ.理论分析
Ｊ
Ｉ
Ｉ
的测量精 度提供 理论依 据 。 Ｌ———一 ．——— ———— ———— Ｊ
１ 分 析模 型
图 １ 分 析模 型
设 一无 限大 板 内的残余 应力 为二 向 应力状 态 ， 其主应 力为 和 ：如 图 １ 示 。若 硬化层 的深 度 ， 所
Ｆｇ． Ａｎ ｌ ｉ ｌ ｄ ｌ ｉ １ ａｙ ｃ ｔ ａ ｍｏ ｅ
力差作 为钻孔 释放 的残余应 力 。然而 ， 在实 际钻
孔测 量 中 ， 由于钻 孔过程 中切削力 的作用 ， 削面附 钻
ｆ
Ｉ
Ｉ
近将 产生加 工硬 化 ， 口附近会 形 成 一 个环 状 的 Ｊ孔
硬化 层 。硬化 层 的材 料 特性 会 发 生 明显 变化 ， 度 硬 和弹性模量 均显 著增 加 ， 必会 影 响 残余 应 力 的 释 势 放 。文 中针对这 一 现象 ， 于 弹性 理 论 推导 出含硬 基 化层 的释放 残余 应 力 的解 析解 ， 而 为 提高 钻孔 法 从
（０６ｇ ０ ）合 肥 工 业 大 学 科 研 发 展 基 金 资 助 项 目 ２０ｊ１ ５ ； ０
（６８３ ） ０００ Ｆ
以孔心 Ｏ为 圆心 ， 一 大 圆 ， 半 径 为 ｃ 且 ｃ 取 其 ， 》 ｂ 则在 图 １ ， 所示 的极 坐标 系下 圆周 ｒ ＝ｃ上 的应
力 为
－ ０ ＝（ ＋０ ）２ 盯 一０ ）２ｏ２ １ ｒ ｌ － ／ ＋（ ｌ － ／ｃｓ０ ｏ ２ ２
Ｊ
ｒ＝０／ ＋Ｏ ／ｃｓ（ ＋ｚ ２ １ ｏ ＂ ２ ＂ ２ｏ２ ０ ｒ ） ２ ２ ／
口 Ｏ ２ ０／ｏ （ ａ２｝ ＝＂ —＂２ ｓ 十－ ） ２ ２ｃ２ ／ ／
金属材料残余应力测定钻孔应变法
金属材料残余应力测定钻孔应变法
金属材料残余应力测定钻孔应变法
金属材料在加工过程中，由于受到各种因素的影响，如温度、应力等，会产生残余应力。
残余应力是指在材料内部存在的一种应力状态，它
不是由外力引起的，而是由材料内部的微观结构和组织引起的。
残余
应力会影响材料的性能和寿命，因此对其进行测定和分析具有重要意义。
钻孔应变法是一种常用的测定金属材料残余应力的方法。
该方法利用
了材料的弹性变形特性，通过测量钻孔周围的应变来计算出残余应力。
具体操作步骤如下：
1. 在待测材料表面钻一个直径为d的小孔，孔深一般为材料厚度的
1/2到2/3。
2. 在孔壁上粘贴一根应变片，应变片的长度应大于孔深。
3. 用一台应变计测量应变片上的应变值。
4. 根据材料的弹性模量和泊松比等参数，计算出孔周围的残余应力。
钻孔应变法的优点是操作简单、精度高、适用范围广。
但也存在一些
局限性，如只适用于表面残余应力的测定，不能测定材料内部的应力；孔径和孔深的选择对测量结果有一定影响，需要根据具体情况进行选择。
总之，钻孔应变法是一种可靠的测定金属材料残余应力的方法，可以
为材料加工和使用提供重要的参考依据。
钻孔法测量焊接残余应力误差因素分析
ε3
σ2
ε2
r2 r r1
45° f
2a
ε1 σ1
图 1 钻孔法示意图 Fig. 1 Schematic diagram of hole drilling method
钻孔法分为通孔法与盲孔法，为评价焊接试验
板材厚度方向的平均残余应力，需采用通孔法来测
量残余应力，其释放系数可由 Kirsch 理论直接计
摘 要： 为提高焊接残余应力钻孔法测量结果的可靠性，需分析其测量过程中的误差因素，依据误差传递理论推导
了由应变误差与释放系数误差传递给最终测量结果的误差公式，并由测量过程中的误差因素建立了一条影响最终
测量结果的误差链. 以 2A12 高强铝合金 VPPA-MIG 复合焊接板材为试验对象，定量分析了误差链中的弹性模量
从函数角度来分析，钻孔法测得的残余主应力 σ1, σ2 是关于 ε1, ε2, ε3, A, B 的多元函数，分别记为 σ1=f1(ε1, ε2, ε3, A, B), σ2=f2(ε1, ε2, ε3, A, B)；ϕ 角是关 于 ε1, ε2, ε3 的多元函数，记为 tan2ϕ=f3(ε1,ε2,ε3). σ1， σ2 的 精 度 主 要 由 变 量 ε1, ε2, ε3, A， B 的 测 量 精 度 决定，而 ϕ 角的精度主要由变量 ε1, ε2, ε3 的测量精 度 决 定 . 根 据 误 差 传 递 理 论 [12]， 当 变 量 ε1, ε2, ε3, A, B 分别产生 Δε1, Δε2, Δε3, ΔA，ΔB 误差时，可推导 出 σ1, σ2 和 ϕ 角 将 分 别 产 生 误 差 Δσ1, Δσ2 和 Δϕ，
余应力，如式 (1) 所示.
σ1,2 = tan2ϕ
√
1 4A
残余应力检测方法实用
对于构件的节余应力检测（盲孔法检测）一、序言（1）应力观点往常讲，一个物体，在没有外力和外力矩作用、温度达到均衡、相变已经终止的条件下，其内部仍旧存在并自己保持均衡的应力叫做内应力。
依据德国学者马赫劳赫提出的分类方法，内应力分为三类：第Ⅰ类内应力是存在于资料的较大地区（好多晶粒）内，并在整个物体各个截面保持均衡的内应力。
当一个物体的第Ⅰ类内应力均衡和内力矩均衡被损坏时，物领会产生宏观的尺寸变化。
第Ⅱ类内应力是存在于较小范围（一个晶粒或晶粒内部的地区）的内应力。
第Ⅲ类内应力是存在于极小范围（几个原子间距）的内应力。
在工程上往常所说的节余应力就是第Ⅰ类内应力。
到当前为止，第Ⅰ类内应力的丈量技术最为完美，它们对资料性能和构件质量的影响也研究得最为透辟。
除了这样的分类方法之外，工程界也习惯于按产生节余应力的工艺过程来归类和命名，比如锻造应力、焊策应力、热办理应力、磨削应力、喷丸应力等等，并且一般指的都是第Ⅰ类内应力。
（2）应力作用机械零零件和大型机械构件中的节余应力对其疲惫强度、抗应力腐化能力、尺寸稳固性和使用寿命有着十分重要的影响。
适合的、散布合理的节余压应力可能成为提升疲惫强度、提升抗应力腐化能力，进而延伸零件和构件使用寿命的要素；而不适合的节余应力则会降低疲惫强度，产生应力腐化，失掉尺寸精度，甚至致使变形、开裂等初期无效事故。
（3）应力的产生在机械制造中，各样工艺过程常常都会产生节余应力。
可是，假如从本质上讲，产生节余应力的原由能够归纳为：1.不平均的塑性变形；2.不平均的温度变化；3.不平均的相变（4）应力的调整针对工件的详细服役条件，采纳必定的工艺举措，除去或降低对其使用性能不利的节余拉应力，有时还能够引入有利的节余压应力散布，这就是节余应力的调整问题。
往常调整节余应力的方法有：①自然时效把构件置于室外，经天气、温度的频频变化，在频频温度应力作用下，使节余应力废弛、尺寸精度获取稳固。
一般以为，经过一年自然时效的工件，节余应力仅降落 2%～10%，但工件的废弛刚度获取了较大地提升，因此工件的尺寸稳固性很好。
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钻孔法测量残余应力
测量原理钻孔法测量残余应力是基于材料力学中的应力释放原理。
当在材料表面钻孔时，孔周围的材料会发生弹性变形，这种变形会受到材料内部的残余应力的影响。
通过测量钻孔后的表面位移，可以确定孔周围的残余应力状态。
实验步骤钻孔法测量残余应力的实验步骤如下：
1、选择合适的材料试件，进行表面处理，确保表面平整无杂质。
2、使用高精度的钻机在材料试件的表面钻孔，钻孔直径一般在
0.5-1.0mm之间，孔深约为10-20mm。
3、在钻孔前、钻孔后和取下钻屑后分别使用光学显微镜观察孔周围的表面形貌，并记录下来。
4、根据观察到的表面形貌变化，计算出钻孔前后的位移量。
5、根据位移量和材料的弹性常数，计算出孔周围的残余应力。
精度分析钻孔法测量残余应力的精度主要受到以下因素的影响：1、钻孔直径和深度的精度：钻孔直径和深度的变化会影响位移量的
测量精度，进而影响残余应力的计算精度。
2、表面处理质量：表面处理不干净会导致钻头受损，从而影响钻孔质量。
3、观察和测量误差：观察和测量表面形貌变化的过程中可能存在误差，导致位移量的计算不准确。
4、材料本身的力学性能：材料的弹性常数等力学性能参数的准确性也会影响残余应力的计算精度。
为了提高精度，需要采取以下措施：
1、使用高精度的钻机和测量设备，确保钻孔直径和深度的准确性。
2、加强表面处理，确保表面干净无杂质。
3、使用高精度的光学显微镜进行观察和测量，减少人为误差。
4、对材料试件进行详细的质量和性能检测，确保其符合实验要求。
数据处理根据实验步骤中记录的位移量和材料的弹性常数，可以计算出孔周围的残余应力。
一般而言，钻孔法测量残余应力的数据处理可以采用以下步骤：
1、计算钻孔前后的位移量差值，得到孔周围的位移变化量。
2、根据位移变化量和材料的弹性常数，利用应力释放原理计算孔周围的残余应力。
3、将计算得到的残余应力与实验前的预测值进行比较，评估测量结果的准确性。
4、如果测量结果不满足要求，可能需要重新进行实验，并检查实验步骤和数据处理方法是否正确。
总之，钻孔法测量残余应力是一种有效的无损检测技术，可以准确地测量材料内部的残余应力状态。
通过合理的设计实验方案和严格控制实验步骤，可以获得更准确的测量结果。
摘要：本文旨在介绍一种基于云纹干涉和钻孔法的残余应力测量实验方法与系统。
该系统通过对材料表面进行云纹干涉成像，并结合钻孔法获取内部应力信息，从而实现对材料残余应力的无损测量。
本文将详细阐述实验方法与系统的设计原理、操作步骤、数据分析及结论，为相关领域的研究提供有益参考。
一、引言
残余应力是材料在加工、处理或服役过程中引入的不可逆应力，对材料的性能、尺寸和稳定性产生重要影响。
因此，准确测量残余应力对于优化材料加工工艺、提高产品质量和保障工程安全具有重要意义。
常见的残余应力测量方法有X射线衍射法、超声波法、磁测法等，但这些方法大多需要专门的设备或复杂的样品制备过程。
因此，本文提出了一种基于云纹干涉和钻孔法的残余应力测量实验方法与系统，旨在实现简便、无损的残余应力测量。
二、实验方法与系统
1、云纹干涉成像
云纹干涉是一种基于光学干涉原理的测量方法，通过将材料表面反射的光线与参考光线进行干涉，形成云纹图案。
根据云纹图案的变化，可以获取材料表面的形貌和残余应力信息。
为保证干涉条纹的清晰度，实验中采用了高分辨率相机和专用照明系统。
2、钻孔法
钻孔法是一种通过在材料表面钻孔来测量内部应力的方法。
在钻孔过程中，材料会发生塑性变形，根据钻孔的形状和尺寸可以反演出材料的残余应力状态。
为减小钻孔对材料的影响，实验中采用了微孔钻和
金刚石钻头。
3、系统集成
将云纹干涉成像和钻孔法相结合，构建了一套残余应力测量系统。
首先，采用云纹干涉技术对材料表面进行成像，获取表面的形貌和残余应力信息；然后，根据获取的应力信息设计钻孔方案，并在材料表面进行钻孔；最后，通过分析钻孔形状和尺寸反演材料的残余应力状态。
三、数据分析与结论
1、数据获取与处理
通过云纹干涉技术获取材料表面的形貌和残余应力信息后，根据钻孔方案对材料进行钻孔，并采用扫描电子显微镜（SEM）对钻孔形状和尺寸进行测量。
将测量数据导入计算机辅助测试（CAT）软件中，进行数据分析和处理。
2、数据分析
利用CAT软件对获取的钻孔形状和尺寸进行拟合，得到材料的残余应力状态。
通过对比不同材料的残余应力状态，发现材料的残余应力受加工工艺、热处理工艺等因素的影响较大。
3、结论
本文提出了一种基于云纹干涉和钻孔法的残余应力测量实验方法与
系统，实现了简便、无损的残余应力测量。
通过对比不同材料的残余应力状态，发现该方法具有较高的测量精度和可靠性。
此外，该方法具有操作简便、适用范围广等特点，可以广泛应用于材料加工、器件制造等领域，为优化工艺、提高产品质量和保障工程安全提供有益参考。
四、
地应力测量是工程地质和岩土工程领域非常重要的一个方面，对于地质灾害防治、岩土工程设计等方面具有重要意义。
单钻孔中水压致裂法三维地应力测量是一种新型的地应力测量技术，具有许多优点，如非破坏性、高精度等，越来越受到广泛。
本文将围绕单钻孔中水压致裂法三维地应力测量的新进展展开讨论。
单钻孔中水压致裂法三维地应力测量是通过在钻孔中安装压力传感器，然后向孔内液体加压，当压力达到一定程度时，岩石会发生裂纹。
通过测量裂纹形成时的压力和方向，可以反演出地层的地应力状态。
该方法主要适用于较深的地层测量，具有较高的测量精度和分辨率。
近年来，单钻孔中水压致裂法三维地应力测量取得了一系列新进展。
首先，测量原理方面，研究者们通过对岩石破裂过程的深入研究，提出了更为精确的压力-位移关系模型，提高了测量精度。
其次，在技术方面，随着传感器技术的不断发展，压力和位移监测的精度和稳定性得到了进一步提升。
此外，在实验方法上，采用数值模拟和物理模拟相结合的方式，为实际测量提供了更为可靠的依据。
为了验证这些新进展的有效性和准确性，我们进行了一系列实验。
实验结果表明，新的测量原理和技术可以显著提高测量精度和稳定性。
同时，与传统的地应力测量方法相比，单钻孔中水压致裂法三维地应力测量具有更高的分辨率和适用范围。
总之，单钻孔中水压致裂法三维地应力测量在测量原理、技术和实验方法等方面取得了一系列新进展，提高了测量精度和稳定性。
但该方法仍存在一些挑战，如测量成本较高、对钻孔的施工要求较高等。
未来，需要进一步研究如何降低测量成本、提高施工效率等问题，以推动该方法的广泛应用。