AREMA标准钢轨残余应力测试方法的研究
残余应力检测.pptx
的传播对材料热学或热弹性质的微小变化进行成像。
一、磁弹性法
它的最大特点是测量速度快, 非接触测量, 适合现 场, 但测试结果受很多因素影响, 可靠性和精度差, 量值 标定困难,对材质较敏感, 且仅能用于铁磁材料。磁性 法都是需要外部激励磁场来工作, 因此带来了磁化不均 匀, 设备笨重, 消耗能源, 剩磁和磁污染等问题。
二、X射线衍射法
周上祺等利用X射线在铍中穿透深度大这一特点,
提出了适合于测定铍材内部三维残余应力的X射线断 层扫描法。
今后这一领域的研究工作仍将十分艰巨。如 Taylor级数法中展开式取至二次项甚至三次项的数学 处理方法;Laplace法能否采用单一X射线源按侧倾法通 过改变方位角获取深度信息用以计算应力分布;断层扫 描法测定铍材残余应力的计算模型、实验装置及其在 低原子序数材料领域内的推广;以及能否将X射线结构 深度分布的分析方法移植到残余应力分布的分析中来 等。
在检测设备方面，俄罗斯动力诊断公司研制了 TSC 系 列磁记忆检测仪；值得一提的是，最近英国能源和石油公 司研制了新一代磁力检测仪(MAPS)，较传统磁力检测仪， 该仪器发明者由于建立了一些关联磁导率(DEP 信号)与应 力大小之间的模型，所以理论上能同时确定主应力大小和 方向而非传统意义上的主应力差和主应力方向；此外，我
四、扫描电子声显微镜(SEAM)
它的穿透能力较强,可用于测定表面残余应力技术; 分层成像能力独特,更揭示了残余应力-深度分布状况, 使测定残余应力三维分布成为可能。
一、磁弹性法 在研究方面，ngman早在上世纪 80 年代已利用该
方法测量火车车轮的残余应力；张卫民等开展了 45#钢拉 伸磁测实验，所得结果与 X 射线测量结果进行了比较，并 试图从微观变形机理上解释应力集中和微损伤处磁记忆信 号的特征及其产生的原因。
机车车轴残余应力测试
机车车轴残余应力测试唐绘兴① 孙德涛（上海金艺检测技术有限公司 安徽马鞍山２４３０３２）摘 要 本文采用切割法和应变测试技术对机车车轴残余应力进行现场测试，通过测试数据计算出车轴表面的圆周残余应力及表面下２ｍｍ处的残余应力，测试方法理论完善，结果准确可靠。
机车车轴残余应力的测试为全面掌握车轴残余应力提供依据，进而为热处理工艺参数控制提供参考。
关键词 机车车轴 残余应力 应变测试 切割法中图法分类号 ＴＰ１８３ ＴＰ２１２ 文献标识码 ＢＤｏｉ：１０ ３９６９／ｊ ｉｓｓｎ １００１－１２６９ ２０２３ ０４ ０２７ＲｅｓｉｄｕａｌＳｔｒｅｓｓＴｅｓｔｉｎｇｏｆＬｏｃｏｍｏｔｉｖｅＡｘｌｅｓＴａｎｇＨｕｉｘｉｎｇ ＳｕｎＤｅｔａｏ（ＳｈａｎｇｈａｉＪｉｎｙｉＴｅｓｔｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ａｎｈｕｉ２４３０３２）ＡＢＳＴＲＡＣＴ Ｃｕｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｓｔｒａｉｎｔｅｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｃｏｎｄｕｃｔｏｎ ｓｉｔｅｔｅｓｔｉｎｇｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｎｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅａｘｌｅｓａｒｅｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｔｅｓｔｄａｔａ，ｔｈｅｃｉｒｃｕｍｆｅｒｅｎｔｉａｌｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｎｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｏｆｔｈｅａｘｌｅａｎｄｔｈｅｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓａｔ２ｍｍｂｅｌｏｗｔｈｅｓｕｒｆａｃｅａｒｅｆｕｒｔｈｅｒｃａｌｃｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄｉｓｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｌｙｓｏｕｎｄａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓａｒｅａｃｃｕｒａｔｅａｎｄｒｅｌｉａｂｌｅ．Ｔｈｅｔｅｓｔｉｎｇｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｎｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅａｘｌｅｓｐｒｏｖｉｄｅｓａｂａｓｉｓｆｏｒｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｕｎｄｅｒｓｔａｎｄｉｎｇｏｆｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓｏｎａｘｌｅｓ，ａｎｄｔｈｕｓｐｒｏｖｉｄｅｓａｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｈｅａｔｔｒｅａｔｍｅｎｔｐｒｏｃｅｓｓｐａｒａｍｅｔｅｒｓ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅａｘｌｅ Ｒｅｓｉｄｕａｌｓｔｒｅｓｓ Ｓｔｒａｉｎｔｅｓｔｉｎｇ Ｃｕｔｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄ１ 前言机车车轴是机车关键部件之一，具有很高的安全性要求，为了确保车轴的可靠，经热处理和机加工后，每个车轴表面的圆周残余应力及表面下２ｍｍ处的残余应力都应控制在一定的范围之内，残余应力的大小和分布深度，是车轴必须达到的一个重要质量指标［１，２］。
钢结构焊接中的残余应力分析方法
能够兼顾计算精度和计算效率，适用于大型复杂 焊接结构的残余应力分析。
03
钢结构焊接中的残余应力测量技术
X射线衍射法
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原理
利用X射线在晶体中的衍射现 象，通过测量衍射角的变化来 计算残余应力。
优点
非破坏性测量，对试样无损伤 ，可测量小区域和复杂形状的 构件。
缺点
设备昂贵，操作复杂，需要专 业人员进行操作和分析。
将数值模拟得到的残余应力分布结果与实验结果 进行对比分析，验证模拟的准确性。
模拟结果优化
针对误差来源进行模拟结果的优化和改进，提高 数值模拟的精度和可靠性。
ABCD
误差来源分析
分析数值模拟中可能存在的误差来源，如模型简 化、材料参数不准确等，并提出改进措施。
工程应用探讨
探讨数值模拟在钢结构焊接残余应力分析中的工 程应用前景和局限性。
原理
利用超声波在材料中的传播速 度与应力之间的关系，通过测 量超声波传播速度的变化来计
算残余应力。
优点
设备相对简单，操作方便，可 实现在线测量。
缺点
对材料表面粗糙度和温度等因 素敏感，测量结果易受干扰。
应用范围
适用于各种金属材料和构件的 表面残余应力测量。
应变片法
原理
在构件表面粘贴应变片，通过测量应 变片电阻值的变化来计算残余应力。
求解过程
采用合适的数值方法求解边界积分方 程，得到焊接过程中的温度场和应力
场分布。
材料本构关系与热源模拟
定义材料的本构关系和焊接热源模型 ，以模拟焊接过程中的热力学行为。
结果分析与验证
对求解结果进行可视化处理和数据分 析，评估残余应力的分布和影响，并 与实验结果进行对比验证。
残余应力测试
2.测试方法目前常用的残余应力测试方法主要有三种：一是盲孔法，二是X射线衍射法，三是磁弹性法。
盲孔法需在工件表面测量部位钻φ1.5~2mm深2mm的小孔（粘贴专用应变花），通过测读释放应变确定残余应力的大小，所测应力为孔深范围内的平均应力，同一测点无法重复测量比较；X射线衍射法可以做到无损测试，但由于X射线穿透力有限，一般只能测出几个微米范围内平均应力；磁弹性法是近几年发展较快应用比较成熟的一种残余应力测试方法，具有方便、无损、快速、准确的特点。
对采用盲孔法和X射线衍射法检测残余应力，施工强度大，测量精度难以保证。
尤其盲孔法不能对同一位置进行重复性测量，测量数据的符合性差。
因此，三峡发电机组转子圆盘支架焊缝残余应力的测试采用了磁弹法技术。
残余应力的测量方法残余应力的测量方法可以分为有损和无损两大类。
有损测试方法就是应力释放法，也可以称为机械的方法；无损方法就是物理的方法。
机械方法目前用得最多的是钻孔法（盲孔法），其次还有针对一定对象的环芯法。
物理方法中用得最多的是X射线衍射法，其他主要物理方法还有中子衍射法、磁性法和超声法。
X射线衍射法依据X射线衍射原理，即布拉格定律。
布拉格定律把宏观上可以准确测定的衍射角同材料中的晶面间距建立确定的关系。
材料中的应力所对应的弹性应变必然表征为晶面间距的相对变化。
当材料中有应力σ存在时，其晶面间距d 必然随晶面与应力相对取向的不同而有所变化，按照布拉格定律，衍射角2θ也会相应改变。
因此有可能通过测量衍射角2θ随晶面取向不同而发生的变化来求得应力σ。
从这里可以看出X射线衍射法测定应力的原理是成熟的，经过半个多世纪的历程，在国内外，测量方法的研究深入而广泛，测试技术和设备已经比较完善，不但可以在实验室进行研究，可且可以应用到各种实际工件，包括大型工件的现场测量。
车轮残余应力测试方法研究
车轮残余应力测试方法研究丁涛;王广科【摘要】With the help of simulation analysis method, the change laws of saw kerf width and stress/strain near the kerf were studied when radial saw cutting. The analyses show that when the saw cutting depth reaches the joint of rim and plate, the release of residual stress is sufficient enough to calculate the residual stress on the tread based on release information of residual stress. On the basis of the radial saw cutting method, strain gauges were pasted near the kerf and record the strain change when saw cutting. The residual stress was calculated according to the strain change information.%采用仿真分析的方法研究了火车轮径向锯切过程中锯缝宽度的变化以及锯缝附近踏面上应力/应变的变化规律。
分析表明,当锯切深度达到轮辋与辐板连接处时,锯缝附近残余应力的释放已经十分充分,可根据残余应力的释放情况计算踏面上残余应力的大小。
按照径向锯切方法,在锯缝附近粘贴应变片,径向锯切到轮辋与辐板连接圆弧处时停止锯切,依据应变片记录的应变值可计算踏面上的残余应力。
【期刊名称】《中国机械工程》【年(卷),期】2012(023)012【总页数】4页(P1508-1511)【关键词】火车轮;残余应力;残余应力测试;仿真分析【作者】丁涛;王广科【作者单位】安徽工业大学,马鞍山243002;安徽工业大学,马鞍山243002【正文语种】中文【中图分类】U260.331.10 引言火车轮踏面残余压应力的大小及其沿轮辋的分布是评价车轮质量的一个重要指标。
高性能转向架用钢的残余应力研究与去应力处理技术
高性能转向架用钢的残余应力研究与去应力处理技术钢材作为一种重要的工程材料，在各个行业中都有着广泛的应用。
特别是在高性能转向架的制造过程中，钢材的性能至关重要。
然而，由于制造过程中的各种因素，钢材中往往存在着残余应力，这些残余应力可能会对转向架的性能产生负面影响。
因此，对高性能转向架用钢的残余应力进行研究，并开发去应力处理技术，具有重大的理论和实践意义。
首先，我们需要了解什么是残余应力。
残余应力是指在无外力加载的情况下，由于制造过程中的各种因素而在物体内部存在的应力。
这些因素包括材料的非均匀变形、加工工艺导致的温度梯度、焊接、淬火等。
钢材中的残余应力可能会导致零部件变形、开裂、疲劳寿命降低等问题，因此对其进行研究十分必要。
钢材中的残余应力可以通过多种方法进行研究。
其中，最常用的方法是通过X 射线衍射技术进行测量。
通过将钢材样品暴露在X射线束下，针对不同晶体面的衍射峰进行测量和分析，可以获得材料中的残余应力的信息。
此外，还可以通过拉应力分析仪、电子背散射衍射、中子衍射等方法进行测量。
在研究了高性能转向架用钢的残余应力后，我们需要开发适合的去应力处理技术。
去应力处理是指对钢材进行特殊的热处理或机械处理，以减小或消除残余应力的过程。
常见的去应力处理技术包括热处理、冷却加压、轧制等。
热处理是目前最常用的去应力处理技术之一。
通过控制加热和冷却过程中的温度和时间，可以使材料的晶体结构发生相应的改变，从而减小或消除残余应力。
热处理方法包括退火、时效处理等。
其中，退火是最常用的热处理方法之一。
通过将钢材加热到特定温度，然后缓慢冷却，可以使钢材内部的晶粒得到重新排列，从而减小残余应力。
冷却加压是另一种常用的去应力处理技术。
通过在热处理过程中施加外力，在恒温下快速进行冷却，可以通过改变材料内部的力学状态来减小残余应力。
轧制是一种机械处理技术，通过对钢材进行轧制，可以使其内部的残余应力得到释放和调整。
除了这些传统的去应力处理技术，还有一些新的技术也被应用于高性能转向架用钢的残余应力去除中。
金属材料残余应力的测定方法
金属材料残余应力的测定方法巴发海;李凯【摘要】Residual stress will be induced into the materials by some machining forming processes,such as casting,forging,welding,spraying and so on.Residual stress is the major cause of the failure of components,and the accuracy measurement of stress state of the components has important significance for the control of the product quality.The principles and methods of residual stress measurement for metallic materials were introduced briefly, and the theories and standards of both sin2ψ method and cosα method for residual stress measurement were mainly described,and the developing trend of residual stress measurement in the future was prospected.%铸造、锻压、焊接、喷涂等各类机械加工成型过程都会使材料引入残余应力,残余应力的存在是构件失效的主要原因之一,准确测定工件的应力状态对产品质量的控制有着重要的意义.简要介绍了常用金属材料残余应力的测定原理与方法,概述了残余应力不同测试标准的适用性和局限性,重点阐述了sin2ψ 与cosα 两种X射线法测定残余应力的理论和标准,并展望了残余应力测定的发展方向.【期刊名称】《理化检验-物理分册》【年(卷),期】2017(053)011【总页数】7页(P771-777)【关键词】残余应力;钻孔应变法;压痕应变法;超声法;X射线法;cosα方法【作者】巴发海;李凯【作者单位】上海材料研究所,上海市工程材料应用与评价重点实验室,上海200437;上海材料研究所,上海市工程材料应用与评价重点实验室,上海 200437【正文语种】中文【中图分类】TG115.2残余应力是在没有外力或外力矩作用的条件下，构件或材料内部存在并且自身保持平衡的宏观应力。
残余应力检测方法
残余应力检测方法残余应力是指在物体内部或表面上存在的一种内部应力状态。
残余应力的存在对材料的性能和使用寿命都有很大的影响，因此对残余应力的检测和分析显得尤为重要。
下面将介绍几种常用的残余应力检测方法。
首先，X射线衍射方法是一种常用的残余应力检测方法。
通过对材料表面或内部进行X射线照射，然后观察X射线的衍射图样，可以得到材料的晶格参数，从而计算出残余应力的大小和方向。
这种方法具有非破坏性、快速、准确的特点，因此在工程实践中得到了广泛的应用。
其次，光弹法也是一种常见的残余应力检测方法。
通过在材料表面或内部施加一定的载荷，观察材料的形变情况，再结合材料的弹性参数，可以计算出残余应力的大小和分布情况。
这种方法适用于各种材料，尤其对于复杂形状和大尺寸的工件也有很好的适用性。
此外，声发射方法也可以用于残余应力的检测。
当材料内部存在应力时，会引起微裂纹的扩展和移动，产生声波信号。
通过对这些声波信号的监测和分析，可以得到材料内部残余应力的信息。
这种方法对于复杂结构和高温环境下的残余应力检测具有独特的优势。
最后，磁性方法也是一种常用的残余应力检测方法。
当材料内部存在应力时，会对材料的磁性产生影响，通过对磁性信号的监测和分析，可以得到材料内部残余应力的信息。
这种方法适用性广泛，可以用于各种金属材料的残余应力检测。
总的来说，残余应力的检测对材料的质量控制和工程结构的安全性具有重要意义。
以上介绍的几种方法都具有各自的特点和适用范围，可以根据具体的情况选择合适的方法进行残余应力的检测和分析。
希望以上内容对残余应力检测方法有所帮助。
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Science and包Tec钢hnol科ogy技of Baotou Steel
Vol.42,No.3 June,2016
AREMA标准钢轨残余应力测试方法的研究
郑 瑞 12, 陈 林 1，李 平 2 苏 航 2 王嘉伟2
(1. 内蒙古科技大学材料与冶金学院，内 蒙 古 包 头 014010; 2 . 内蒙古包钢钢联股份有限公司技术中心，内 蒙 古 包 头 014010)
关键词:AREMA— 2 0 9 标 准 ;残余应力;理论计算
中图分类号:T G 33 5 .4 3
文 献 标 识 码 ：B
文章编号：1009 -5 4 3 8 (2 0 1 6 )0 3 -0 0 3 8 - 0 3
Study on Test Methods for Resiபைடு நூலகம்ual Stressof Rail with AREMA
应力就发生重新分布，引起了钢轨变形，把这种变形 测量出来以评估存在于轨腰的残余应力的量。
1 美标残余应力试验
1 . 1 试验方法 实 验 对 包 钢 生 产 的 U 71M n 、U 75V 、U 76C r R E 、
SS09、以 及 L A 钢 轨 进 行 A R E M A —2014[]残余应力 的测量，轨 型 为 6 0 kg/m 。在 距离 成品 轨端头尽量 远的地方（為3 m )取 610 m m 长的钢轨，在钢轨中轴
Key words:AREMA -2 0 0 9 standard;residual stress;theoretical calculation
所 谓 钢 轨 内 的 残 余 应 力 ，应 是 钢 轨 冷 却 过 程 中 产生的应力和矫直产生的应力相叠加的结果。钢轨 残余应力测定有多种方法。应用最多的主要是破坏 性 的 轨 腰 锯 切 法 和 横 断 面 锯 切 法 ，而 且 都 已 被 采 纳 到钢轨的标准中。美国铁路工程保养协会标准中的 钢轨技术条件A R E M A 标准中对钢轨中残余应力的 评定方法采用轨腰锯切法[1]。轨腰锯切试验采用 机械方法把含有残余应力的钢轨沿轨腰中和轴线一 部 分 分 离 掉 ，残 余 应 力 将 被 释 放 掉 一 部 分 ，钢轨内的
收稿日期=2016 - 04 - 01 作 者 简 介 :郑 瑞 （1 8 5 - ) 男 ，辽宁省营口市人，在读硕士,工程师，现从事长、型材新产品研发工作。
第3期
AREMA标准钢轨残余应力测试方法的研究
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线 的 轨 头 、底 各 做 标 记 ，使用游标卡尺 测 量 切 口 前 后 轨 端 面 所 标 识 的 各 点 间 距 ，利 用 钼 丝 切 割 机 在 钢 轨 中和轴切割，切口位置沿轨腰的中和轴进行，如 图 1 所 示 ，切割距 离 （i ) 为 400 m m ，用游标卡尺进行测 量 ，要 求 垂 直 位 移 火 + 或 - ) 矣3.75 m m 。
duced and the change la*w for it is analyzed as well as the theoretical calculations are introduced. The test results show that
the rails produced by
Baotou Steel could meet all
摘 要 :文 章介绍了包钢A REM A钢轨标准残余应力的研究情况，分析了美标方法残余应力的变化规律，并进行了
理论计算。检 验 结 果 表 明 包 钢 生 产 的 钢 轨 在 试 验 过 程 中 满 足 美 国 铁 路 工 程 保 养 协 会 钢 轨 技 术 条 件 （AREMA—
2〇〇9 ) 关于残余应力的要求，轨腰残余应力向拉应力增大的方向转变。
the requirements
for
residual s
American Railway Engineering
and Maintenance
-
of
- Way Association ( AREMA - 2009)in
al stress of railweb is transformed to the direction that the tensile stress increases.
A aa，:= 切口后 一乂乂切口前I A bb，== B B 切口后 - B B 切口前
A CC' == C C '切口后 - C C 切口前 1 . 3 理论计算
根据文献[4]给 出 的 计 算 方 法 ，测量各点间的
变 化 ，计算切口张开或闭合的位移。计算方法如下:
切口在轨高度方向位移A t:
ZHENG R u i， ， CHEN Lin1,U Ping1,SU Hang2, WANG Jia - wei2
(1. School of Material and Metallurgy， Inner Mongolia University of Science and Technology， Baotou 014010, Net Monggol 7Chinn ；
1 . 2 误差控制 试 验 过 程 中 使 用 游 标 卡 尺 测 量 垂 直 位 移 ，由于
偶 然 因 素 、测 量 习 惯 等 因 素 ，产 生 误 差 较 大 。为控制 误 差 ，设计在钢轨截面取三段距离进行测量，然后求 垂直位移的平均值以减小误差。如 图 2 所 示 ：
4 a a 、4 bb.、4 cc.为各点在轨高方向位移:
2. Technical Center Inner Monyolia Steel Unioo Co.U t . Baotoo Steel(Grouu)Corg. ， Baotou 014010, Net Monggol，Cina)
Abstract：In the paper,the research on residual stress of rails with the AREMA rail standard of Baotou Steel is intro
= 1 3 ( 4 aa' + 4 bb' + 4 CC>)