環(huán)芯法殘余應力測量案例分析

殘余應力是指產(chǎn)品在沒有外力和力矩的作用下，其內(nèi)部產(chǎn)生的應力值，這些內(nèi)部力和力矩通常相互平衡。現(xiàn)在殘余應力測量方法有很多，主要方法有盲孔法、環(huán)芯法、切割法以及x射線、磁測法等。環(huán)芯法屬于部分損壞檢測法，又稱部分釋放法。本文主要是介紹環(huán)芯法測量殘余應力的原理及實際案例分析。
環(huán)芯法測量殘余應力工作原理
環(huán)芯法采用機械應變方法測量殘余應力，所依據(jù)的標準是jb/t8888-1999。環(huán)芯法的基本原理是通過在轉(zhuǎn)子表面加工環(huán)形槽，使殘余應力得到充分釋放。通過粘貼在轉(zhuǎn)子表面的應變片，將電信號通過儀器轉(zhuǎn)換成應變值，最后計算出應力大小和方向。測試前，將應變片粘貼在工件表面上，然后用切槽機在工件表面加工出環(huán)形槽，環(huán)形槽的直徑一般為φ14mm，深度為2mm和4mm，然后讀取儀器的數(shù)值，最后用公式計算出殘余應力的大小。
環(huán)芯法實際案例分析
測試件介紹
某低壓轉(zhuǎn)子輪盤的材質(zhì)為25cr2ni2mov，由真空鋼錠鍛造而成。產(chǎn)品尺寸為φ3000mm*1350mm，重量為85t。根據(jù)常規(guī)標準，殘余應力不得**過屈服強度下限的8%，調(diào)質(zhì)回火后以≤120℃/h的速度冷卻，如果殘余應力數(shù)值符合要求，不需要再進行回火去應力處理。但是對殘余應力有較高要求的產(chǎn)品，殘余應力值達不到要求，需要采用兩次回火的方法，并要求采用分段限速冷卻的方法以較大限度釋放工作中的殘余應力。
應變片粘貼位置
該轉(zhuǎn)子經(jīng)過性能熱處理并冷卻到室溫后方可測試鍛件的殘余應力。首先，在工件上選取f、g、h三點作為環(huán)芯法的檢測點，每兩點相隔120°，為確保實驗結(jié)果的準確，在測點附近選取備用測量點f`、g`、h`。
測試儀器介紹
本文環(huán)芯法檢測設(shè)備采用南京聚航科技有限公司的jhhx環(huán)芯法殘余應力測量系統(tǒng)，是由jhyc靜態(tài)應變儀和jhhx精密開槽裝置組成的。軟件設(shè)置后，可自動實時計算殘余應力，并實時顯示和保存數(shù)值，測量直觀明了，精度高。
環(huán)芯法測試過程
測試前先選定測量點，一般為兩點。首先，打磨并去除鍛件表面的氧化皮及油污等雜質(zhì)，表面粗糙度要符合技術(shù)條件要求；然后用鐵鏈固定好切槽機，標出粘貼應變片的大概位置，并用酒精將粘貼表面擦拭干凈，再用jh-496膠水將應變片粘貼到檢測位置上。用導線將應變片與主機連接后。切槽機開始加工環(huán)形槽。開始時不能進刀過快，防止刀頭過熱。每加工1mm，記錄穩(wěn)定后的數(shù)據(jù)。到達2mm深度時，將設(shè)備數(shù)據(jù)調(diào)零，待加工到4mm深度時再記錄數(shù)據(jù)。最后，根據(jù)公式計算出殘余應力。殘余應變值與槽的深度值應該呈線性關(guān)系。
測量結(jié)果分析
將用環(huán)芯法測量該轉(zhuǎn)子鍛件后得到殘余應力數(shù)據(jù)匯總成表1。
表1 轉(zhuǎn)子殘余應力測試結(jié)果
位置
軸向
周向
f（f`）
-18.8
-18.8
g（g`）
-21.8
-24.5
h（h`）
-16
-6.6
從表上可以看出，使用兩點檢測法得到輪盤的殘余應力值在-6.6-25mpa，負號表示殘余應力為壓應力，其**值不**過30mpa，完全滿足技術(shù)規(guī)范規(guī)定。分析后發(fā)現(xiàn)，該輪盤鍛件的殘余應力沿軸線方向呈“中段高、兩端低”的分布特點，即g點的殘余應力值較大f、h殘余應力數(shù)值較小。由于兩點測試數(shù)據(jù)基本一致，表明檢測結(jié)果準確反映了該輪盤鍛件的殘余應力。
以上案例證明，使用環(huán)芯法測量大型鍛件的殘余應力是可靠的，檢測結(jié)果能準確反映工件中殘余應力的大小。
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