环芯法残余应力测量案例分析

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 残余应力是指产品在没有外力和力矩的作用下,其内部产生的应力值,这些内部力和力矩通常相互平衡。现在残余应力测量方法有很多,主要方法有盲孔法、环芯法、切割法以及x射线、磁测法等。环芯法属于部分损坏检测法,又称部分释放法。本文主要是介绍环芯法测量残余应力的原理及实际案例分析。

环芯法测量残余应力工作原理

环芯法采用机械应变方法测量残余应力,所依据的标准是JB/T8888-1999。环芯法的基本原理是通过在转子表面加工环形槽,使残余应力得到充分释放。通过粘贴在转子表面的应变片,将电信号通过仪器转换成应变值,最后计算出应力大小和方向。测试前,将应变片粘贴在工件表面上,然后用切槽机在工件表面加工出环形槽,环形槽的直径一般为φ14mm,深度为2mm和4mm,然后读取仪器的数值,最后用公式计算出残余应力的大小。

环芯法实际案例分析

测试件介绍

某低压转子轮盘的材质为25Cr2Ni2MoV,由真空钢锭锻造而成。产品尺寸为φ3000mm*1350mm,重量为85t。根据常规标准,残余应力不得超过屈服强度下限的8%,调质回火后以≤120℃/h的速度冷却,如果残余应力数值符合要求,不需要再进行回火去应力处理。但是对残余应力有较高要求的产品,残余应力值达不到要求,需要采用两次回火的方法,并要求采用分段限速冷却的方法以最大限度释放工作中的残余应力。

应变片粘贴位置

该转子经过性能热处理并冷却到室温后方可测试锻件的残余应力。首先,在工件上选取F、G、H三点作为环芯法的检测点,每两点相隔120°,为确保实验结果的准确,在测点附近选取备用测量点F`、G`、H`。

测试仪器介绍

本文环芯法检测设备采用南京聚航科技有限公司的JHHX环芯法残余应力测量系统,是由JHYC静态应变仪和JHHX精密开槽装置组成的。软件设置后,可自动实时计算残余应力,并实时显示和保存数值,测量直观明了,精度高。

环芯法测试过程

测试前先选定测量点,一般为两点。首先,打磨并去除锻件表面的氧化皮及油污等杂质,表面粗糙度要符合技术条件要求;然后用铁链固定好切槽机,标出粘贴应变片的大概位置,并用酒精将粘贴表面擦拭干净,再用JH-496胶水将应变片粘贴到检测位置上。用导线将应变片与主机连接后。切槽机开始加工环形槽。开始时不能进刀过快,防止刀头过热。每加工1mm,记录稳定后的数据。到达2mm深度时,将设备数据调零,待加工到4mm深度时再记录数据。最后,根据公式计算出残余应力。残余应变值与槽的深度值应该呈线性关系。

测量结果分析

将用环芯法测量该转子锻件后得到残余应力数据汇总成表1。

1 转子残余应力测试结果

位置

轴向

周向

F(F`

-18.8

-18.8

G(G`

-21.8

-24.5

H(H`

-16

-6.6

从表上可以看出,使用两点检测法得到轮盘的残余应力值在-6.6-25MPa,负号表示残余应力为压应力,其绝对值不超过30MPa,完全满足技术规范规定。分析后发现,该轮盘锻件的残余应力沿轴线方向呈“中段高、两端低”的分布特点,即G点的残余应力值最大F、H残余应力数值最小。由于两点测试数据基本一致,表明检测结果准确反映了该轮盘锻件的残余应力。

以上案例证明,使用环芯法测量大型锻件的残余应力是可靠的,检测结果能准确反映工件中残余应力的大小。

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