专利名称：微型电测式无损测定残余应力的方法
技术领域：
本发明是一种微型电测式无损测定残余应力的方法。它是一种利用低压直流电源、毫伏表(或微伏表、毫伏级的万用表)和自重式三支点二触头可移动的传感器或磁吸式二触头可移动的传感器进行物理称量的方法。
目前国内外残余应力的测量分有损检测和无损检测两种。有损检测在很多情况下不宜在产品零、构件上使用。
X射线法、磁性法和超声法等均为无损检测法。
X射线法所采用的设备昂贵、对操作者的技术水平要求较高，产生X射线须有20千伏以上的高压电源，X射线对人体健康有害，必须对高压电和X射线辐射采取防护措施，而且其测角器有较大的体积，一般的X射线应力仪都不可能在600×600×600毫米以下的零件内腔中进行测量。磁性法的传感器不太大，但它对测点表面的要求较高(在≥φ30毫米的平面光洁度为
6，并严格要求平整)，目前还未能妥善解决在曲面上测量的问题，而且测量材料限制为含铁量不低于93%的铁磁材料。超声法国内外近年来在测定装置和方法上进行了研究，并已成功地在螺栓予紧力测定等工程上获得实际应用，但目前在测定二维应力方面尚不够成熟，对操作者技术水平要求较高，对测量表面也有较严格的要求。
本发明的目的在于提供一种设备简单、价格便宜、操作方便、能够在金属零、构件的平面、曲面和30×30×30毫米以上的内腔中进行残余应力无损测定、而同时又能保证工程上要求的测量精度的方法。
本发明所使用的自重式三支点二触头可移动的传感器(参看图2和图3)外形尺寸在φ50×50毫米以下，磁吸式二触头可移动的传感器的外形尺寸在φ30×30毫米以下。两种传感器操作方便、成本都极低，便于携带，测量时都无须用电阻应变片，可以灵活地在金属零、构件的平面、曲面和30×30×30毫米以上的内腔中进行残余应力的无损测量。当测定工作应力时，虽然测量精度不及传统的采用电阻应变片的电测法，但本发明无须贴电阻应变片，无须电阻应变仪，操作方便，节约了电阻应变片的费用。
除了传感器之外，本发明只需用普遍使用的低压直流稳压电源和毫伏表(或毫伏级的万用表)，设备简单、便宜，便于在现场检测。
当使用微伏表代替毫伏表时，测量精度还可以提高。
本发明的工作原理和磁性法、超声法等残余应力无损检测法相似。
磁性法利用了铁磁材料的导磁率对残余应力引起的应变敏感;超声法利用了超声波在金属内部的传播速度对应力引起的应变敏感;而本发明便是利用了金属内部的电阻对应力引起的应变敏感。只要把金属零、构件测点表面电阻非常弱的差异分辨出来，便可以将其表面的残余应力测定出来。
本发把理想中的一个测点化作实际测量中的两个触头间的狭长区域，也就是说，本发明测到的是这个狭长区域残余应力的平均值。
首先准备好一块经二次退火充分消除残余应力的“零应力”试样，其材料应与待测工件完全相同，其厚度和形状尽量相似。
“零应力”试样测点和待测工件测点都用同号细砂纸打磨光。它们的表面状态应尽量一致;它们在试样中所处的部位最好也尽量相同。
测量时，用传感器在“零应力”试样测点和待测工件测点上交替测量。残余应力不同，测点的电阻不同，因而从毫伏表测出的电压值也不同。根据在待测方向(图3中的X-X方向)和与待测方向垂直的方向(图3中的y-y方向)所测得的“零应力”试样测点与待测工件测点的电压差值，从标定曲面即可得到该测点在待测方向的残余应力值。
标定时，用本发明的方法在“零应力”试样与标定试样的一系列测点上所得到的电压差值和用传统的方法(如小孔法、梳状切条法和磁测法、X射线法等)在标定试样上相同的一系列测点测得的残余应力值进行对比，得出标定曲面。标定试样的材料应与待测工件完全相同，厚度和形状最好尽量一致，并人为地使它具有相当大幅度的拉、压残余应力。
也可以在双轴(X向和y向)双向(拉或压)试验机对标定试样加载进行标定。
每种材料需标定一次。
本发明的优点是设备简单、价格便宜、操作方便、能够在金属零、构件的平面、曲面和30×30×30毫米以上的内腔中进行残余应力无损测定、而同时又能保证工程上要求的测量精度。本发明的测量精度为±30～40MPa。
图1为本发明所使用的传感器、低压直流稳压电源和毫伏表的接线电路示意图，其中1为低压直流稳压电源;2为毫伏表或毫伏级的万用表;3为传感器两良导体触头与待测工件测点形成的电阻;4、5为良导体支柱与测点接触的触头;6、7为毫伏表与两良导体支柱的接点;8为直流电源与传感器的连接导线;9为毫伏表与传感器的连接导线。
图2为本发明所使用的自重式三支点二触头可移动的传感器的A-A剖视图，其中10为壳体;11为连接螺母;12为绝缘板;13为良导体支柱。
图3为本发明所使用的自重式三支点二触头可移动的传感器的B-B剖视图，其中14为支承螺母。X-X为待测残余应力的方向。y-y为与待测方向垂直的方向。
实施例1采用～220V50HZ 12V
0.6A直流稳压电源、图2和图3所示的自重式三支点二触头可移动的传感器和DT-890型数字显示式万用表。使用重庆金刚砂布厂生产的工具牌GZ120(O)YBG砂布，把“零应力”试样和待测工件测点打磨光。测得25Ni CrMo“零应力”试样和待测工件测点在X-X和y-y方向的电压值(表1只给出X-X方向的电压值)。根据所测得的电压差值，从标定曲面即可得到该测点在所测方向(X-X方向)的残余应力值。传感器两个良导体触头4和5的间距取为15毫米(参看图1、图2和图3)。
表1电压测量记录表(X-X方向)“零应力”试样测点待测工件测点(毫伏)(毫伏)19.8 16.419.6 16.519.7 16.719.8 19.419.6 16.权利要求
1.一种微型电测式无损测定残余应力的方法，根据金属内部的电阻对应力引起的应变敏感的原理，其特征在于利用低压直流电源，通过自重式三支点二触头可移动的传感器或磁吸式二触头可移动的传感器，从毫伏表测到的“零应力”试样和待测工件测点的电压差值，根据标定曲面确定待测工件测点的残余应力值；自重式三支点可移动的传感器的两个良导体触头与测点接触，而传感器的另一个支点则在测点外与零、构件保持稳定接触。
全文摘要
本发明为一种微型电测式无损测定残余应力的方法。它是一种利用低压直流电源、毫伏表和自重式三支点二触头可移动的传感器或磁吸式传感器进行物理称量的方法。当零、构件的残余应力不同时，其电阻也不同，通过传感器所测得的电压也不同。从在“零应力”试样和待测工件的测点上所测得的电压差值，根据标定曲面确定待测工件测点的残余应力值。可在平面、曲面和30×30×30毫米以上的内腔中进行测量。准确度可达±30～40MPa。
文档编号G01L1/20GK1042775SQ88108019
公开日1990年6月6日 申请日期1988年11月18日 优先权日1988年11月18日
发明者冯家骅 申请人:重庆大学