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残余应力检测方法主要包括盲孔法、磁测法和X射线法
盲孔法残余应力检测
盲孔法残余应力检测法就是在工件的被测部位贴上应变花（计），通过在应变花（计）中心打一个Φ2mm左右的小盲孔引起残余应力的释放，同时，由残余应力测试仪将这种释放量测出并通过计算得出该部位的残余应力大小和方向。
盲孔法残余应力检测的步骤如下：1、在工件上选定残余应力测量点，一般是选择工件上残余应力值最大的点或工件在使用过程中承力最大的点；2、将被测点表面打磨到粗糙度Ra0.8左右；3、用炳酮或酒精将打磨面清洗干净；4、用快凝胶将应变花（计）粘贴在被测点；5、快凝胶凝固后，将应变计上的应变片的引线与残余应力检测仪的测量线通过接线端子连接起来；6、将残余应力检测仪修正调零；7、用专用装置在应变花（计）中心打一个Φ2mm、深约2.5mm的盲孔；8、打完孔15分钟后，用检测仪测量打孔后释放的应变量，同时自动计算出残余应力值的大小和应力方向。
磁测法残余应力检测
磁测法残余应力检测法主要是通过磁测法来测定铁磁材料在内应力的作用下磁导率发生的变化确定残余应力的大小和方向。
众所周知，铁磁材料具有磁畴结构，其磁化方向为易磁化轴向方向，同时具有磁致伸缩性效应，且磁致伸缩系数是各向异性的，在磁场作用下，应力产生磁各向异性。
磁导率作为张量与应力张量相似。
本仪器通过精密传感器和高精度的测量电路，将磁导率变化转变为电信号，输出电流（或电压）值来反映应力值的变化，并通过装有特定残余应力计算机软件的计算机计算，得出残余应力的大小、方向和应力的变化趋势。
第1 页 共 2页残余应力检测方法概述目前国际上普遍使用的残余应力检测方法种类十分繁多，为便于分类，人们往往根据测试过程中被测样品的破坏与否将测试方法分为：应力松弛法（样品将被破坏）和无损检测法（样品不被破坏）两类。
以下我们简单归纳了现阶段较为常用的一些残余应力检测方法。
一、常见的残余应力检测方法： 1. 应力松弛法 (1) 盲孔法该方法最早由Mather 于1934年提出，其基本原理就是通过孔附近的应变变化，用弹性力学来分析小孔位置的应力，孔的位置和尺寸会影响最终的应力数值。
由于这类设备操作起来非常简单，近年来被广泛使用。
(2) 切条法Ralakoutsky 在1888年提出了采用该方法测量材料的残余应力。
在使用这种方法时需要沿特定方向将试件切出一条，然后通过测量试件切割位置的应变来计算残余应力。
(3) 剥层法该方法是通过物理或化学的方法去除试件的一层并测量其去除后的曲率，根据测定的试件表面曲率变化就能计算出残余应力。
该方法常用于形状简单的试件，且测试过程快捷。
2. 无损检测方法 (1) X 射线衍射法X 射线方法是根据测量试件的晶体面间距变化来确定试件的应变，进而通过弹性力学方程推导计算得到残余应力，目前最被广泛使用的是Machearauch 于1961提出的sin2ψ方法。
日本最早研制成功了基于该方法的X 射线残余应力分析仪，为该方法的推广做出了巨大的贡献。
(2) 中子衍射法。
中子衍射方法的原理和X 射线方法本质上是一样的，都是根据材料的晶体面间距变化来求得应变，并根据弹性力学方程计算残余应力。
但中子散射能量更高，可以穿透的深度更大，当然中子衍射的成本也是最昂贵的。
(3) 超声波法。
该方法的物理和实验依据是S.Oka 于1940年发现的声双折射现象，通过测定声折射所导致的声速和频谱变化反推出作用在试件上的应力。
试件的晶体颗粒及取向会影响数据的准确度，尽管超声波方法也属无损检测方法，但其仍需进一步完善。
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。
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）。
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。
残余应力检测注意要点残余应力检测仪所检测的应力为工件表层的残余应力，原理是采用钻孔进行应力释放，在应力释放过程中会造成局部区域发生应变，应变片检测其应变量，通过公式计算其残余应力值。
焊接件检测的表面应力情况一般为残余拉应力，即δ值为正。
我们焊接件一般采用Q235B材质，故一般未进行去应力退火的焊接件，其残余应力值不超过250Mpa。
1、所测残余应力的点的位置选取：①钻孔位置的孔应紧贴焊缝位置，保证所测点第一主应力方向与所测焊缝垂直，便于后面的数据分析②选取位置需保证面积大于应变片的尺寸，该面需平整，保证应变片能够贴平。
2、所测点位置的清洗：1）用抛光片进行表面打磨打磨时应注意：①所测点区域用抛光片轻轻打磨，打磨时间不可过长，打磨区域不允许过热。
②所打磨的深度不宜过深，只需将贴片的区域打磨平整,达到去除表面氧化层目的即可。
2）用400目砂纸进行表面打磨打磨目的：去除抛光片抛光所留下的痕迹，表面光滑平整便于应变片牢固3）清洗①清洗剂的选用应采用浓度为99%的无水乙醇或丙酮溶液。
②先用酒精将表面进行粗洗，去除表面油污等其他东西，再慢慢采用棉球进行擦拭，最终使棉球表面洁净为止。
目的：保证表面无油脂3、贴片①取出应变片，将应变片的细丝理顺便于后续贴片。
取出时只可用手触碰硬盘片细丝，不允许手接触应变片薄膜部分，防止手上油脂污染应变片导致所贴不牢。
②502胶水尽量选用品牌产品，目前采用禹王牌胶水比较牢固，若502胶水质量有问题会严重影响应变片的牢固性，导致检测数据异常，应变片上所滴502胶水适量，保证粘上后能够均匀覆盖整个应变片。
③应变片细丝的反面滴上502胶水后，放上所测位置后，用手指将应变片内多余的胶水与气泡挤出，聚乙烯薄膜（烟纸壳的塑料薄膜）可防止粘应变片，待胶水完全凝固后，将粘上的细丝理顺。
注意：理细丝时用力不可过大，防止细丝扯断。
保证各个细丝不相互接触，不与所测工件接触。
4、接线①按仪器的使用说明书将仪器的线路接好，温度传感器放于工件附近位置，在检测数据出来前不允许触碰或移动其位置。
残余应力测量原理
残余应力的检测对于热处理工艺、表面强化处理工艺、消除应力工艺的效果及废品分析等都有很重要的意义，聚航科技为大家总结盲孔法及磁测法残余应力测量原理及相关产品。
盲孔法残余应力测量
盲孔法残余应力测量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。
磁测法残余应力测量
磁测法残余应力检测法主要是通过测定铁磁材料在内应力的作用下磁导率发生变化确定残余应力的大小和方向。
铁磁材料其磁化方向为易磁化轴向方向，同时具有磁致伸缩性效应，且磁致伸缩系数是各向异性的，在磁场作用下，应力产生磁各向异性。
磁导率作为张量与应力张量相似。
通过精密传感器和高精度的测量电路，将磁导率变化转变为电信号，输出电流（或电压）值来反映应力值的变化，并通过装有特定残余应力计算机软件的计算机计算，得出残余应力的大小、方向和应力的变化趋势。
以上就是盲孔法及磁测法残余应力测量原理介绍，如果您那还有其他的疑问，可随时联系聚航科技，我们很愿意为您答疑解惑。
残余应力检测标准一、检测方法标准残余应力检测方法通常采用X射线衍射法和超声波法。
其中，X 射线衍射法是最常用的一种，其原理是利用X射线衍射图谱对材料内部的残余应力进行测定。
超声波法则是利用超声波在材料中的传播速度和方向变化来测定材料内部的残余应力。
在检测过程中，需要根据实际情况选择合适的检测方法，并遵循相应的操作规范和技术要求。
二、检测仪器标准残余应力检测仪器应符合国家有关标准和行业标准的要求，具备高精度、高稳定性和高可靠性的特点。
仪器的各项技术指标应经过法定计量部门的标定和校准，并取得相应的合格证书。
此外，仪器还应具备安全保护装置和防护设施，以确保检测过程的安全性和可靠性。
三、检测程序标准残余应力检测程序包括以下步骤：1. 试样制备：按照相关规定和标准制备试样，并确保试样的表面平整、光洁度和尺寸精度符合要求。
2. 仪器校准：对检测仪器进行校准，以确保其各项技术指标符合要求。
3. 试样安装：将试样安装在检测设备上，并确保安装位置和方向的正确性。
4. 数据采集：按照规定的操作程序和技术要求进行数据采集，包括X 射线衍射图谱或超声波传播速度和方向等。
5. 数据处理：对采集到的数据进行处理和分析，包括数据转换、拟合和计算等，以得出试样内部的残余应力分布和大小。
6. 报告编制：根据处理后的数据编制检测报告，包括试样残余应力分布图、数据统计表和结论等。
四、检测报告标准残余应力检测报告应包括以下内容：1. 试样信息：包括试样的名称、材质、尺寸和制备方法等。
2. 检测方法：说明所采用的残余应力检测方法及其原理和操作流程。
3. 仪器信息：包括检测仪器的型号、生产厂家和标定证书等。
4. 检测结果：包括试样内部的残余应力分布和大小等数据，以及相应的图表和统计表。
5. 结论评价：对试样的残余应力状况进行评价，指出可能存在的问题和改进建议。
6. 其他相关信息：如检测人员的资格证书、检测时间和地点等。
五、检测人员要求从事残余应力检测的人员应具备相关专业知识和技能，熟悉检测仪器的使用和维护方法，能够正确操作检测设备和处理数据。
测试残余应力的方法
1. X射线衍射，这是一种常用的方法，通过测量材料中晶格的微小变化来确定残余应力的存在和大小。
X射线衍射技术可以提供非常精确的残余应力测量。
2. 中子衍射，类似于X射线衍射，中子衍射也可以用于测量材料中的残余应力。
中子衍射对于一些特定类型的材料有其独特的优势，例如对于氢含量较高的材料。
3. 光学方法，包括全息干涉法和光栅法等，这些方法利用光的干涉原理来测量材料中的残余应力。
4. 荧光法，通过在材料表面施加荧光材料，并观察其发光的变化来测量残余应力。
5. 超声波法，利用超声波在材料中传播的速度和衰减来推断材料中的残余应力。
6. 磁性方法，包括磁滞回线测量和磁致伸缩测量等，这些方法利用材料中的磁性特性来推断残余应力。
综合利用以上方法，可以全面、多角度地测量材料中的残余应力，从而更好地了解材料的性能和行为。
这些方法在工程、材料科学和制造业等领域都有广泛的应用。
收稿日期:1999-07-07.
赵维义,男,1941年生,副教授;武汉,华中理工大学物理系(430074).*中国石油化工(集团)总公司资助项目(392043).
等效应力磁场与残余应力测试
*
赵维义 喻力华 邹畹珍(华中理工大学物理系)
摘 要 基于磁各向异性的磁法应力测试技术,给出了存在应力影响的材料磁导率与应力之间的一个简单表达式,用此式由所测得的电桥非平衡电流I g 及测试电路和探头结构参数,可求出测点的残余应力.在单向应力作用下得到了实验证明,为计算铁磁材料的应力提供了一种新方法.关键词 等效应力磁场;残余应力;磁导率分类号 TH 823
残余应力,特别是焊接残余应力,由于其存在于构件表面以下有一定的深度,至今尚无一种较好(既方便又准确)的检测方法.磁性法测量技术能基本上无损地测出表面以下深达2mm 以上的残余应力,以反映应力的状况较真实而倍受重视[1].但因其需应用剪应力差递推求值,造成较大累计误差,测量结果很不准确,测量工作量也相当大,因而效率较低.M .J .Sablik 等人和P .Gar ikepati 等人假设K =bM 2
,将铁磁性经典理论扩展到有应力影响时铁磁材料的磁化过程,通过一个等效应力磁场H R 将应力R 与初始阶段的磁化率V 联系起来,导出磁化率V 与应力R 之间的一个简单的数学表达式,提供了由磁滞曲线计算应力的途径[2,3]
.本研究是试图不测磁化曲线,直接由测试电路及探头的结构参数和电桥非平衡电流I g ,进而用该表达式求出所测点的应力.
1 应力R 与磁化率V 的关系
由铁磁性的经典理论[4]知道
M /M S =B J (y ),
式中,B J (y )为布里渊函数;M S 为饱和磁化强度.记y =H i /a ,则a =kT /(L 0gJ L B ),在确定的测试温度下,a 可以视为常数,其中各符号的含义与通常概念下的相同.H i 为材料内的有效磁场,对于有应力存在的铁磁材料,应有
H i =H +X H +H R ,
式中,H 是外加磁场(磁化场);X 为外斯常数;
H R 为等效应力磁场[2]
,H R =(3b R /L 0)M ,其中,b
是只与材料有关的常数,满足K =bM 2.
铁磁理论指出,在弱磁场H 和高温T 下,有B J (y )≈y ,因而有
M /M S =[H +X M +(3b R /L 0)M ]/a ,(1)整理式(1)得到
1/V =(a /M S -X )-3b R /L 0,
令1/V 0=a /M S -X ,
则有
1/V 0-1/V =3b R /L 0,
(2)
式中,V 0是材料中R =0时的磁化率,V 是R ≠0时
材料的磁化率.
2 R -V 关系在磁测仪上的应用
式(2)成立的条件是弱磁场和较高温度T ,即y n 1.此时对应于磁化曲线的起始段.现行使用的磁测仪探头的励磁电流一般为100～200mA.B 为mT 级,因而H 很小,在室温下是可以满足条件要求的.由于铁磁材料的V m 1,而L =1+V ,可以在式(2)中用L 代替V ,因此有
1/L (0)-1/L (R )=3b R /L 0.
(3)
磁测仪的探头如图1所示,交流电桥如图2所示.图3为测试电路的直流等效电路,由图3得出测量探头的阻抗为
Z 1=[U ab Z 2/Z g -(Z 2Z 3+Z g Z 2+Z g Z 3)]/[2Z 2+Z 3+Z g Z 2/Z 3+Z g +U ab /I g ].
由于Z 1=f (L m )(L m 为测量探头磁路的有效
第27卷第12期 华 中 理 工 大 学 学 报 Vol.27 No.121999年 12月 J.Huazhong Univ.of Sci.&Tech. Dec. 1999
图1 磁测仪探头示意图
1-被测工件;2-探头;3-线圈;4-
闭合磁路
图2 磁测仪电路原理图
1-稳压器;2-调压器;3-测量头;4-
补偿头
图3 测试电路的等效电路
磁导率),通过探头结构可以找出关系L m =g (L R ),因此可以由测出的I g 求出L (R ),再由式(3)与实验测出的b 值求出测点的应力R .
(1/L (0)-1/L (R ))/10-4
3 实验及讨论
对高强度954合金钢试样在拉伸试验机上进行了实验,图4给出1/L (0)-1/L (R )与R 的关系曲线,可以看出二者有比较好的线性关系.由曲
线的斜率可以求出b ≈1.2×10-18,在数量级上与文献[3]相同,说明方法是可行的
.
图4 1/L (0)-1/L (R )与R 的关系
参
考
文
献
1 王振山,刘树桥.焊接小容器残余应力的磁性法测定.
化工炼油机械,1992(6):8～15
2 Sablik M J,Burkhar dt G C,Kwun H.A Model for
the Effect Str ess on the Low Fr equency Har monic of the Magnet ic Induction in F er romagnetic Mater ials .
J.Appl.Phys.,1998,63(8):3930～3932
3 Gar ikepat i P ,Chang T T ,Jilest D C.Theory of Fer -r om agnetic Hysteresis :Evaluation of St ress from Hysteresis Cur ves .IEEE Tr ansaction on Magnetic ,1988,24(6):2922～2924
4 戴道生,钱昆明.铁磁学.北京:科学出版社,1987.
Equivalent Stress Magnetic Field and Measurement
of Residual Str ess
Zhao Weiyi Y u Lihua Zou Wa nzhen
Abstr act A particularly simple expression for the magnetic permeability V and the residual stress in ferromagnetic mater ials is derived.For the stress measurement by magnetic method based on magnetic anisotropy ,the residual stress at testing point can be found by the measured bridge unbalanced cur-rent I g using the expr ession derived as well as the parameter s of the testing circuit and the probe.T he correctness of the method in the case of unidir ectional stress has been verified by experiment.Keywords equivalent stress magnetic field ;residual stress ;magnetic susceptibility Zhao Weiyi Assoc .Prof .;Dept .of Physics ,HUST ,Wuhan 430074,China .
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第12期 赵维义等:等效应力磁场与残余应力测试 。
