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殘余應(yīng)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(yīng)力值，這些內(nèi)部力和力矩通常相互平衡。現(xiàn)在殘余應(yīng)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(yīng)力的原理及實際案例分析。

環(huán)芯法測量殘余應(yīng)力工作原理

環(huán)芯法采用機(jī)械應(yīng)變方法測量殘余應(yīng)力，所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)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(yīng)力得到充分釋放。通過粘貼在轉(zhuǎn)子表面的應(yīng)變片，將電信號通過儀器轉(zhuǎn)換成應(yīng)變值，最后計算出應(yīng)力大小和方向。測試前，將應(yīng)變片粘貼在工件表面上，然后用切槽機(jī)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)，殘余應(yīng)力不得超過屈服強(qiáng)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(yīng)力數(shù)值符合要求，不需要再進(jìn)行回火去應(yīng)力處理。但是對殘余應(yīng)力有較高要求的產(chǎn)品，殘余應(yīng)力值達(dá)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*大限度釋放工作中的殘余應(yīng)力。

應(yīng)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(yīng)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(zhǔn)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(yīng)力測量系統(tǒng)，是由JHYC靜態(tài)應(yīng)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(yīng)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(jī)，標(biāo)出粘貼應(yīng)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(yīng)變片粘貼到檢測位置上。用導(dǎo)線將應(yīng)變片與主機(jī)連接后。切槽機(jī)開始加工環(huán)形槽。開始時不能進(jìn)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(dá)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(yīng)力。殘余應(yīng)變值與槽的深度值應(yīng)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(yīng)力數(shù)據(jù)匯總成表1。

表1 轉(zhuǎn)子殘余應(yīng)力測試結(jié)果

從表上可以看出，使用兩點檢測法得到輪盤的殘余應(yīng)力值在-6.6-25MPa，負(fù)號表示殘余應(yīng)力為壓應(yīng)力，其*對值不超過30MPa，*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(yīng)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(yīng)力值*大F、H殘余應(yīng)力數(shù)值最小。由于兩點測試數(shù)據(jù)基本一致，表明檢測結(jié)果準(zhǔn)確反映了該輪盤鍛件的殘余應(yīng)力。

以上案例證明，使用環(huán)芯法測量大型鍛件的殘余應(yīng)力是可靠的，檢測結(jié)果能準(zhǔn)確反映工件中殘余應(yīng)力的大小。