環(huán)芯法殘余應力測量案例分析

殘余應力是指產品在沒有外力和力矩的作用下，其內部產生的應力值，這些內部力和力矩通常相互平衡?，F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，所依據的標準是JB/T8888-1999。環(huán)芯法的基本原理是通過在轉子表面加工環(huán)形槽，使殘余應力得到充分釋放。通過粘貼在轉子表面的應變片，將電信號通過儀器轉換成應變值，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

某低壓轉子輪盤的材質為25Cr2Ni2MoV，由真空鋼錠鍛造而成。產品尺寸為φ3000mm*1350mm，重量為85t。根據常規(guī)標準，殘余應力不得超過屈服強度下限的8%，調質回火后以≤120℃/h的速度冷卻，如果殘余應力數值符合要求，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最大限度釋放工作中的殘余應力。

應變片粘貼位置

該轉子經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。軟件設置后，可自動實時計算殘余應力，并實時顯示和保存數值，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，表面粗糙度要符合技術條件要求；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)定后的數據。到達2mm深度時，將設備數據調零，待加工到4mm深度時再記錄數據。最后，根據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系。

測量結果分析

將用環(huán)芯法測量該轉子鍛件后得到殘余應力數據匯總成表1。

表1 轉子殘余應力測試結果

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，其絕對值不超過30MPa，完全滿足技術規(guī)范規(guī)定。分析后發(fā)現，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點的殘余應力值最大F、H殘余應力數值最小。由于兩點測試數據基本一致，表明檢測結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，檢測結果能準確反映工件中殘余應力的大小。