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焊接残余应力的测定.ppt

焊接残余应力的测定.ppt

1
1 2
(2)
2 4 2 4 2 a 3 a 2 a 3 a 2 1 2 ( 1 ) sin 2 ( 1 ) cos 2 r
r 2 4 2 r r
2
2 4 r r
钻孔前的切向应力及径向应力
t 、 r
的表达式为：
t
1 2 1 2 1 1 2 2
式中：S是有效面积，L是磁路的有效长 1 、 2 分别是探头和试样的导磁率,因 度， 为应力只影响到 2 的变化，所以磁阻的相 对变化为：
2 R R 2 2 R R R R 2
B
10
8
（1）、磁性法 原理：铁磁材料具有如下的性质，在 磁化时，如果在应力作用（产生应变）下， 则材料的导磁性能要发生变化，即同一种材 料，有应力作用和无应力作用，其磁化曲线 是不同的。在一定的应力范围内，初始导磁 和应力成线性关系，如图8所示，当材料受 拉伸时，导磁性增加，受压时导磁性减小。
我们知道，一个闭合磁路的磁阻 R 是由磁探 头本身的磁阻R1和式样的磁阻R2的总和， 即： L L R R R S S
1、纵向焊接残余应力
焊缝及其附近区中的应力为拉伸应力，对于 低碳钢焊接结构，最大拉伸应力值一般可达到材 料的屈服极限，稍离开焊缝区，拉伸应力迅速下 降，继而出现残余压应力。如图1所示 纵向残余应力的分布规律，可用下面公式表 示： 2
x (y )
y 1 2 y f 2 1 e x力为 1 、 r' ' ，钻孔时产生 处的切向、径向应力为 t'' 、 t、 r ，钻孔后重新平衡时的 的附加应力为 ' ' t ，其关系为： 应力为 r 、

第十章_残余应力测量-精品

第十章_残余应力测量-精品

tg22312 12
2019/8/12
11
钻孔附加应变的测量
钻孔附加应变需要用经过充分退火的零应力块预先 测量
常见材料和残余应力应变花的钻孔附加应变已经测 出，可以查表。
它实际上与钻孔人的技术、钻头锋利程度、钻头的 钻孔次数都有极大的关系
2019/8/12
12
10-5 试验技术
2019/8/12
1
2、降低构件的尺寸稳定性和加工精度 残余应力与工作应力叠加后达到屈服，发生 塑性变形
金属加工使残余应力释放，发生变形
3、受压构件提前失效 两种应力叠加使构件局部先达到临界应力而失 稳
4、结构疲劳强度受影响 一般使交变载荷下的疲劳强度降低，
但：残余压应力使疲劳强度大大提高。如链条
2019/8/12
14
10-6 误差
1、应变计灵敏系数极其分散度 2、应变计热输出 3、钻孔对中偏差 4、孔径、孔深偏差 5、附加应变 6、沿表明、厚度方向的应力梯度
残余应力的误差一般可以达到5～10％，甚 至更大。
2019/8/12
15
喷沙打孔
用气沙混合气流磨蚀－－喷沙打孔 采用回转喷嘴打孔装置 孔径： 1～3mm 附加应变： 2.9±2.1 μm/m 45#钢 -1.9 ±5.6 μm/m 不锈钢
按平面应力状态的广义虎克定律有 沿贴片方向的释放应变 r E1(r)
r E 1 {1 22 [ ( 1 )a r 2 2 ]1 22 [ 3 ( 1 )a r 4 4 4 r a 2 2 ]c2 o }s
引入释放系数
A(1)
10-5-1 应变计
如右下图专用残余应力应变计 各片应变计到中心距离相同

XRD宏观残余应力测定1

XRD宏观残余应力测定1

XRD衍射峰位置发生偏移 2dsinθ=Nλ 测量衍射峰偏移的多少 ∆θ 计算残余应力的大小
晶面间距随应力变化示意图
测定方法
• 采用 2ψ 法 采用sin • 计算公式为： 计算公式为：
• 其中
（半高宽法）确定衍射角2θ
• 计算K值
• 计算M值（最小二乘法）
• 计算应力σ=K.M
计算软件的简介
•
计算软件的简介
•
计算软件的简介
•
注意事项
• 表面状态：试样采用化学或电解抛光，不 采用机械抛光
• 晶的优缺点及应用
• 优点：无损、可测表（界）面应力、可区分应 力类型、适用于块状试样 • 缺点：只对无粗晶和无织构的材料才有效、数 据的分散性强、不能测得动态瞬时应力 • 应用：检测强化效果，工件的失效分析，预测 工件的寿命，评价界面的结合能力等
XRD宏观残余应力测定 宏观残余应力测定
报告人：林建平 导师：王献辉教授
主要内容
• • • • • 残余应力定义 XRD测定原理 测定方法 残余应力计算软件的使用 测试方法的优缺点及用途
残余应力
定义：产生应力的各种外载荷（力、 温度等）去除后，在物体内依然存 在的应力 。
测定原理
残余应力 晶格畸变 晶面间距变化

残余应力测量与消除方式的介绍课件

残余应力测量与消除方式的介绍课件

振动时效 30—60% 较好 10元/吨 一小时内 无污染 较好 可忽略不计 几乎任何工件 任何工序之间
残余应力测量与消除方式的介绍
4
2、振动时效的介绍
振动时效技术
振动时效技术，国外称之为“Vibrating Stress Relief”简称“VSR”,源自 于敲击时效，通过专业的振动时效设备，使被处理的工件产生共振，并通过 这种共振方式将一定的振动能量传递到工件的所有部位，使工件内部发生微 观的塑性变形，从而使工件内部的残余应力得以消除和均化，最终防止工件 在加工和使用过程中变形和开裂。
七、仪器的保养和维护。
残余应力测量与消除方式的介绍
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2、振动时效的介绍
振动时效局限性
1.不能替代去应力目的以外的热处理 2.不能显著改变金相组织及机械性能（如强度，硬度） 3.不能用于校形 4.对于箱，板形工件时效噪音较大 5.工艺效果在很大程度上取决于工艺员的振动时效工艺理论水平和经验 6.不适宜于高压容器、残余应力较小的工件、大尺寸的薄板焊接件、薄壁铸件、大部分 冷加工件、弹性结构应力为主的工件、刚性过大或尺寸过小件（其中部分可用振动平台 来时效） 7.并非工件所有部位的时效效果都一致
残余应力测量与消除方式的介绍
6
2、振动时效的介绍
振动时效设备构成
残余应力测量与消除方式的介绍
7
2、振动时效的介绍
振动时效设备类型
直流振动时效 设备
高能振动时 效设备
定量振动时效 设备
➢液晶振动时效设备
➢智能频谱交流振动 时效设备
➢定量式多通道振动 时效系统
➢数码振动时效设备
➢液晶振动时效设备
➢定量式全自动振动 时效设备
工件的支撑及激振器和传感器的装夹。

残余应力检测方法概述.

残余应力检测方法概述.

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。

《残余应力测量 》课件

《残余应力测量 》课件
数据处理算法优化
通过对数据处理算法的优化，提高测量数据的处 理速度和准确性，从而提升测量准确度。
3
多参数测量融合
将多种参数测量结果进行融合，如表面形貌、材 料成分等，以更全面地反映材料的残余应力状态 。
THANKS
感谢观看
域产生残余应力。
对产品的影响
01
降低产品强度和疲 劳寿命
过大的残余应力可能导致产品在 使用过程中过早出现疲劳裂纹， 降低产品的疲劳寿命。
02
影响产品尺寸稳定 性
残余应力会导致产品在使用过程 中发生变形，影响产品的尺寸稳 定性。
03
引发应力腐蚀开裂
在某些腐蚀环境下，残余应力可 能会引发应力腐蚀开裂，对产品 的安全性能造成威胁。
光学干涉技术
利用光学干涉原理，通过测量材料表面的微小形变来推算残余应力 。
磁性测量技术
利用磁性材料的磁致伸缩效应，通过测量材料的磁致伸缩系数来反 演残余应力。
应用领域的拓展
航空航天领域
随着航空航天技术的不断发展，对飞机和航天器的结构健康监测要 求越来越高，残余应力测量技术将广泛应用于航空航天领域。
新能源领域
在新能源领域，如太阳能和风能等，需要对大型结构件进行残余应 力测量，以确保其安全性和稳定性。
汽车工业领域
汽车工业中，对汽车零部件的残余应力测量需求越来越大，以保障汽 车的安全性能和寿命。
测量准确度的提高
1 2
新型传感器技术
采用新型传感器技术，如高精度光纤传感器和纳 米压痕传感器等，以提高测量准确度和分辨率。
建筑领域
在建筑领域，残余应力的存在可能导致桥梁、高层建筑等结构出现裂纹、变形或破坏。
通过残余应力测量，可以评估结构的稳定性和安全性，为建筑物的维护和加固提供科学依据，确保建 筑物的长期使用安全。

铜及铜合金加工制品残余应力的测定方法

综 述铜及铜合金加工制品残余　应力的测定方法路俊攀(洛阳铜加工集团有限责任公司,河南洛阳　471039)摘　要:介绍了残余应力的常见测定方法,重点讨论了适合于铜及铜合金制品残余应力测定的化学和机械方法。

其中适用于管棒材的化学方法已形成系列国标,但仍需增补;适用于板带材的化学方法仅限于试验研究之用。

机械方法中,Crampton法被广泛应用于管材应力测定,而分条变形方法是近几年才开始研究和应用的新方法,该方法适用于所有加工制品。

关键词:铜;铜合金;残余应力;测定 中图分类号:TG115.28 文献标识码:A 文章编号:100026656(2004)1220633205MEASUREMENTS OF RESID UAL STRESS FOR THE PR OCESSING PR OD UCTSOF COPPER AN D COPPER ALLOYSL U Jun2pan(Luoyang Copper Working(Group)Co.Ltd.,Luoyang Henan471039,China)Abstract:The article introduced some common measuring methods of residual stress and aimed to sim ply classify them.The emphasis of the discussion was laid on chemical method and mechanical method,which were fit for co pper and copper alloys′processing products.The chemical method which is fit for tube and bar products has been the basis for forming a series of G B,but it needs sub joining.The same method fitting in with plate and strip products is just used for study.As for the mechanical method,the“Crampton”is widely used in tube products,and the slitting deformation method is a new method,which is studied and used in recent years.It is fit for all of the processing products.K eyw ords:Copper;Copper alloys;Residual stress;Measuring 铜及铜合金在加工和热处理过程中,必然承受外力的作用以及金属内部金相和组织的转变,在制品内部产生残余应力,影响材料的疲劳强度、抗应力腐蚀性、尺寸稳定性和使用寿命,因此研究和控制加工过程中的应力愈来愈受到重视。

关于残余应力的基本概念.ppt

不均匀材料中由于各向异性引起内应力的情况如图所示。
左图为拉伸至一定的应变水平后卸载，因为E不同、σs不同 、n不同所造成的结果。 右图为拉伸至一定的应力水平后卸载，因为E不同、σs不同 、n不同及εp所造成的结果。
造成材料不均匀变形的原因主要有：
i)冷热变形时沿截面弹塑性变形不均匀； ii)工件加热、冷却时不同区域的温度分布不均匀，导致
热胀冷缩不均匀； iii）热处理时不均匀的温度分布引起相变过程的不同时
性。
二、X射线应力测定的基本原理
X射线应力测定——用X射线衍射技术来测定材料中 的残余应力（或外载应力）
优点：①属于物理方法，不改变原始的应力状态。 ②理论严谨。 ③方法成熟。
缺点：①测定的是表面应力。 ②对材料的表层状态比较敏感。
关于残余应力的基本概念 和X射线应力测定的基本原理
绍兴文理学院 张定铨
从事X射线应力测定工作所需要的基础知识包括：
（一）力学基础知识 （二）金属材料基础知识 （三） 金属物理基础知识 （四） 工程实践知识
一、残余应力的基本概念 １、定义
内应力：没有外力或外力矩作用而在物体内部存在并自身保持平衡的应力。
ii)衍射园锥
图5法线园锥和干涉园锥形成的示意图
法线园锥： 由有利位向的晶粒中能产生干
涉的、指数为（hkl）的晶面法线 形成，园锥的顶角为2η。，η。 为入射线（或衍射线）与晶面法线 之间的夹角。
干涉园锥： 由从上述（hkl）晶面产生的干涉 线形成，该园锥的顶角为4η。
iii)入射线、衍射线、晶面法线和材料表面法线间的角度关系
2、产生
残余应力是材料中发生了不均匀的弹性变形或不均 匀的弹塑性变形而引起的，或者说是材料的弹性各向异 性和塑性各向异性的反映。

关于构件的残余应力检测(盲孔法检测)

关于构件的残余应力检测（盲孔法检测）一、前言（1）应力概念通常讲，一个物体，在没有外力和外力矩作用、温度达到平衡、相变已经终止的条件下，其内部仍然存在并自身保持平衡的应力叫做内应力。

按照德国学者马赫劳赫提出的分类方法，内应力分为三类：第Ⅰ类内应力是存在于材料的较大区域（很多晶粒）内，并在整个物体各个截面保持平衡的内应力。

当一个物体的第Ⅰ类内应力平衡和内力矩平衡被破坏时，物体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区域）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。

在工程上通常所说的残余应力就是第Ⅰ类内应力。

到目前为止，第Ⅰ类内应力的测量技术最为完善，它们对材料性能和构件质量的影响也研究得最为透彻。

除了这样的分类方法以外，工程界也习惯于按产生残余应力的工艺过程来归类和命名，例如铸造应力、焊接应力、热处理应力、磨削应力、喷丸应力等等，而且一般指的都是第Ⅰ类内应力。

（2）应力作用机械零部件和大型机械构件中的残余应力对其疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命有着十分重要的影响。

适当的、分布合理的残余压应力可能成为提高疲劳强度、提高抗应力腐蚀能力，从而延长零件和构件使用寿命的因素；而不适当的残余应力则会降低疲劳强度，产生应力腐蚀，失去尺寸精度，甚至导致变形、开裂等早期失效事故。

（3）应力的产生在机械制造中，各种工艺过程往往都会产生残余应力。

但是，如果从本质上讲，产生残余应力的原因可以归结为：1.不均匀的塑性变形；2.不均匀的温度变化；3.不均匀的相变（4）应力的调整针对工件的具体服役条件，采取一定的工艺措施，消除或降低对其使用性能不利的残余拉应力，有时还可以引入有益的残余压应力分布，这就是残余应力的调整问题。

通常调整残余应力的方法有：①自然时效把构件置于室外，经气候、温度的反复变化，在反复温度应力作用下，使残余应力松弛、尺寸精度获得稳定。

一般认为，经过一年自然时效的工件，残余应力仅下降2%～10%，但工件的松弛刚度得到了较大地提高，因而工件的尺寸稳定性很好。

第10章 残余应力的测定


§10-2 X射线残余应力测定原理
在诸多测定残余应力的方法中，除超声波法 外，其他方法的共同点都是测定应力作用下产 生的应变，再按虎克定律计算应力。X射线残 余应力测定方法也是一种间接方法，它是根据 衍射线条的θ角变化或衍射条形状或强度的变 化来测定材料表层微小区域的应力。
X射线残余应力测定原理
实践证明，残余应力对制品的疲劳强度、 抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命有着直 接的影响。例如，金属工件经喷丸或其他表面处 理（渗碳、渗氮等）后，在表面将形成残余压应 力层，削弱了表面微缺陷和残余拉应力的有害作 用，可提高工件的疲劳寿命。又如淬火后的工件 如不及时进行回火处理，淬火产生的残余应力将 使工件变形、开裂而报废。 随着残余应力测试技术的发展，残余应力分 析逐渐成为机械制造业中控制和检验产品质量的 必要手段，也是对使用运行设备进行安全检查的 重要方法。因此，残余应力测试技术，在工业、 交通、军事等部门日益普遍受到重视。
一般情况下，材料的应力状态并非是单轴应 力那么简单，在其内部单元体通常处于三轴 应力状态。由于X射线只能照射深度10-30μm 左右的表层，所以X射线法测定的是表面二维 的平面应力。 根据弹性力学，在一个受力的物体内可以任 选一个单元体，应力在单元体的各个方向上 可以分解为正应力和切应力。
适当调整单元体的方向，总可以找到一个合 适的方位，使单元体的各个平面上切应力为 零，仅存在三个相互垂直的主应力σ1、σ2、 σ3。对于平面应力来说（见图10-3），只存 在两个主应力σ1、σ2与试样表面平行，垂直 于表面的主应力σ3 = 0。但是垂直于表面的 主应变ε3不等于零。对各向同性的材料， 有：
1 1 2 3
⎪ ⎨ a 2 = sin ψ sin φ ⎪ a = cos ψ = 1 − sin 2 ψ ⎩ 3
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标准分级：
ISO 等级：0/ASTM等级：5B：切口的边缘完全光滑， 格子边缘没有任何的剥落
ISO 等级：1/ASTM等级：4B：切口的相交处有小片剥 落，划格区内实际破损不超过5％
ISO 等级：2/ASTM等级：3B：切口的边缘和 / 或相交 处有被剥落，其面积大于 5％，但不到 15％
表面改性层宏观应力测量
1、绪论
残余应力是表面改性层的一个重要性能指 标，其大小及性质影响
1、镀层剥落趋势 2、表面改性层的疲劳性能
2、曲率测量法原理
曲率测量法是利用材料变形测量材料内部 应力的一种方法，因此它测量的是材料第 一类内应力，即宏观应力。
准一维基体在表层受到宏观应力作用下的变形。 准一维：长度方向的尺寸远大于宽度和厚度方向
刀齿间距 1 mm：适用于漆膜厚度 刀齿间距 2 mm：适用于漆膜厚度 刀齿间距 3 mm：适用于漆膜厚度
< 60 mm < 120 mm ≥120 mm
压应力
拉应力
2、曲率测量法原理
1 ( Es )( s2 ) 6R 1s f
应力值
R-曲率半径 Es-基体弹性模量
s-基体泊松比
s-基体厚度
f-薄膜厚度
3、测量机构
3、测量机构
Байду номын сангаасd sin
dX s
4、注意事项
基体材料的厚度选择要合适，太厚不能获得足 够的变形，太薄会使基体弯曲形状偏离圆弧。 一般基体在制备完成后都存在自然弯曲，因此 在镀膜或表面处理前需要先测量其自然曲率， 获得其处理前的应力值，然后处理后再进行测 量，前后内应力的差值是表面处理产生的应力。 基体变形是否是理想的圆弧，可以由sin 和X之间的离散度判断。
1、划痕法测量原理
Rockwell C‘ 金刚石压头，压头锥度：120° 压头尖端半径：0.2 mm
摩擦力曲线 声发射信号
2、划格法结合力测量
划格法附着力试验 :划格法是一种评价单涂层或多涂层涂料 附着力大力简单易行的方法 标准:ASTM D3002 D3359; DIN EN ISO 2409 具体方法： •用适当的工具在涂层上切出十字格子图形，切口直至底材 •用毛刷沿对角方向各刷五次，使用胶带粘在切口上并拉开 •使用一个带照明的放大镜检查格子区域
习题
1、残余应力共分为几类，如何区别？ 2、除了曲率法可以测量内应力外，还有
什么其它方法可以测量材料的内应力，测 量的是哪一类内应力？
涂层结合力测量
1、测量方法
结合力的测量和表征对于涂层的实际使用来说具 有重要意义，它是评价涂层在使用过程中脱落倾 向和和使用寿命的一个重要技术指标。
1、划痕法-硬质涂层 2、划格法-漆料、有机涂层
ISO 等级：3/ASTM等级：2B：切口的边缘有部分剥落 或整大片剥落，及 / 或者 部分格子被整片剥落。被剥落 的面积超过 15％，但不到 35％
ISO 等级：4/ASTM等级：1B：切口的边缘大片剥落 及 / 或者 一些方格部分或全部剥落，其面积大于划格区的 35％，但不超过 65％
划格器的选择：