本发明涉及工件加工领域，特别涉及一种工件残余应力的检测方法。
背景技术：
工件在凝固和冷却过程中，由于各部分的冷却速度差异、收缩受阻及组织转变引起体积变化等因素，不可避免的会产生应力。如果工件内应力未得到释放，将会以残余应力的形式保留在工件内。工件内的残余应力越大，会使零件在放置、运转、加工和使用过程中产生形变，尺寸精度降低，严重时会产生开裂。
中国专利授权公告号：cn104006905b，专利授权公告日：2016年12月07日，专利名称：《一种缸体铸件的应变检测方法》，该发明提到一种缸体铸件的应变检测方法，步骤包括：s1：将缸体铸件测量面用硅纸磨平、抛光，用脱脂棉蘸取酒精将抛光面清洗干净、晾干；s2：将电阻应变片与测量导线进行焊接，所述电阻应变片用粘接剂粘贴在所述缸体铸件测量面上，所述测量导线与应变仪连接，用塑料胶固定所述测量导线，其中所述应变仪为电阻应变仪，所述电阻应变片为ea-06-125bz-350-le型号电阻应变片，所述粘接剂为m-bond200粘接剂，所述测量导线与所述电阻应变应变计采用1/4桥的方式连接；s3：利用锯机对缸体铸件测量面进行解剖，解剖后取下所述电阻应变片，其中所述锯机上撒有冷却水，避免解剖速度过快导致所述缸体铸件升温过高；s4：所述应变仪测出所述电阻应变片在残余应力释放前后的应变变化，根据弹性理论算法算出所述缸体铸件的残余应力并显示。该方法首次运用到缸体铸件上，针对具体缸体铸件的残余应力测量，从而可以通过准确的数据支持来设计合理的残余应力的消除方法。但在操作过程中对各个操作细节规定不明确，使得在检测过程中对铸件表面的处理达不到检测要求，因此检测结果波动大，无法知道后期去应力的工序。
技术实现要素：
本发明的目的是克服现有检测方法中工件表面处理不得当，应变计粘贴不合格，造成检测结果波动大的问题，提供一种工件残余应力的检测方法，详细描述了工件表面的处理方法，应变计的粘贴方法，导线的连接要求，考虑了环境因数，减少误差。
为实现以上目的，本发明的技术解决方案如下：
一种工件残余应力的检测方法，包括如下步骤：
步骤1：确定工件上残余应力较大的检测位置；
步骤2：对检测位置表面进行打磨；
步骤3：然后对检测位置表面进行清洗；
步骤4：在检测位置表面进行应变计的粘贴；
步骤5：应变计表面涂覆防护材料，并对应变计线束起始端进行保护；
步骤6：将贴好应变计的工件静置至少12h，应变计与应变仪的桥路连接采用惠斯通电桥方式连接，连接好后，拨动应变计和导线的连接线接头，若应变仪上数值变化大于30μm/m，则应变计和导线重新连接，若应变仪上数值变化小于或等于30μm/m，则满足稳定性并保持应变计和导线连接线接头不动；
步骤7：记下应变计与导线连接稳定后应变仪上的第一次初始值，经过1h后第二次读取应变仪上的初始值，若第一次和第二次的初始值相差小于或等于50μm/m，则读取稳定并对初始值进行清零；若第一次和第二次的初始值相差大于50μm/m，则再经过1h后读取第三次初始值，若第二次和第三次的初始值相差小于或等于50μm/m，则读取稳定并对初始值进行清零，若第二次和第三次的初始值相差大于50μm/m，则撕下应变计并重复步骤2-步骤6，直至前后两次初始值相差小于或等于50μm/m，并对初始值进行清零；
步骤8：选取标定样块，并对标定样块的表面进行步骤2-步骤7的处理；
步骤9：对工件检测部位进行切割得到检测试块，将切割下来的检测试块和标定样块在同一环境下静置至少1h，然后读取检测试块和标定样块的应变数值，用检测试块的应变数值减去标定样块的应变数值即为检测试块的实际应变值；
步骤10：根据检测试块的实际应变值进行计算得到残余应力。
所述的步骤1中结合工件的cae应力模拟分析结果以及工件实际使用时应力较大区域来确定应力较大的检测位置。
所述的步骤2中检测位置表面先进行预打磨，然后进行精磨，使其表面粗糙度ra为1.6μm-2.5μm。
所述步骤3中清洗步骤为先用酸性清洁剂清洗，然后用碱性清洁剂清洗，最后用有机溶剂擦拭。
所述步骤4中应变计采用单向应变计或三向应变计，所述的三向应变计中应变栅a与应变栅c的夹角呈90°，应变栅b分别与应变栅a、应变栅c的夹角呈45°；所述的单向应变计沿主应力方向粘贴；所述检测位置的周围制定有坐标系，所述的检测位置均位于坐标系第一象限内，所述的三向应变计粘贴时其中应变栅a与坐标系的x轴平行。
所述步骤4中应变计用应变计专用胶水粘贴在检测位置表面，所述应变计专用胶水滴加到应变计与检测位置表面之间后，先按压应变计表面，然后顺着应变计线束起始端接头到应变计的方向在应变计表面上来回按压1-3min。
所述步骤5中应变计保护材料选用硅胶或石蜡，所述的应变计线束起始端保护为用ab胶将应变计线束起始端固定在检测位置表面上。
所述步骤8中标定样块的材质与被检测工件的材质一致，所述的标定样块已释放完应力，所述的标定样块表面处理方式与工件的检测位置表面一致，所述标定样块上应变计的选择和粘贴方式与工件的检测位置表面上的一致。
所述步骤9中检测试块的形状大小与标定样块的形状大小一致。
所述步骤10中采用单向应变计时残余应力计算公式为σ＝-eε，其中σ为残余应力，e为弹性模量常数，ε为检测试块的实际应变值；
所述步骤10中采用三向应变计时残余应力计算公式：
其中：σmax为最大残余应力，σmin为最小残余应力，e为弹性模量常数，εa，εb，εc均为检测试块上三个应变栅的实际应变值，ν为泊松比；θ为εa和εc中的较大者与最大应力的夹角，逆时针为正，范围±π/4。
通过上述技术方案，本发明的有益效果：
1、本发明中检测方法中包含读数稳定检测，避免因应变计和导线的焊接不牢固，应变计粘贴不牢固等因素造成读数有误差；同时有标定样块作为对比项，减少因环境因素产生的应变对实际应变值的干扰；应变计表面涂覆防护材料，能够防止应变计受潮、磕碰、污染等影响测量结果，对应变计线束起始端进行保护，能够防止露出的金属导线折断或损坏。
2、本发明中步骤1中结合工件的cae应力模拟分析结果以及工件实际使用时应力较大区域来确定应力较大的检测位置，某些工件结构特别复杂，仅凭经验无法直接找到所有高残余应力部位，cae应力模拟分析结果可以显示应力的分布，由于模拟计算输入边界无法与实际工件结构完全一致，再根据实际工件结构确定需要检测位置。
3、本发明步骤2中先进行预打磨，然后进行精磨，使其表面粗糙度ra为1.6μm-2.5μm。表面粗糙度ra越小，应变值测量越准确，ra为1.6μm-2.5μm时的测量精度达到测量最低要求。
4、本发明步骤3中先用酸性清洁剂清洗，再用碱性清洁剂清洗，最后用有机溶剂清洗。打磨时有油渍或其它难擦拭东西粘在检测部位表面，用酸性清洁剂、碱性清洁剂和有机溶剂能确保表面粘连物能够全部清洗干净，避免表面残留污渍影响应变计的粘贴和测量精度。
5、本发明步骤4中所述应变计专用胶水滴加到应变计与检测部位表面后，顺着接头到应变计的方向在应变计表面上来回按压1-3min。这样能够将应变计下多余的胶水和气泡挤出，避免应变计与检测部位表面中出现空隙，按压1-3min能避免胶层太厚，提高测量精度。
6、本发明步骤4中应变计采用单向或三向应变计，工件结构可以明显判断出主应力方向，用单向应变计；无法判断主应力方向，用三向应变计。
7、本发明步骤4中在检测位置的周围制定有坐标系，检测位置均位于坐标系第一象限内，所述的三向应变计粘贴时其中应变栅a与坐标系的x轴平行，有助于分析较大应力的方向。
8、本发明步骤5中选用硅胶或石蜡涂覆，石蜡和硅胶均能隔绝受保护物质和空气的接触，且不破坏应变计，使用的ab胶具有快干特性，凝固后还具有高硬度和高抗化学性，能有效的保护金属导线。
9、本发明步骤8中选取相同材质、表面处理与工件一致的标定样块，应力已完全释放的标定样块，减少外部环境因素对应变值测量的影响。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
检测某重型柴油发动机缸盖铸件毛坯的残余应力，其步骤如下：
步骤1：结合缸盖的cae应力模拟分析结果以及缸盖使用时应力较大区域确定需要检测位置，检测点a，检测点b，检测点c；
步骤2：对检测点a，检测点b，检测点c的铸件表面打磨处理先用机械磨削进行预打磨，预打磨过程中要注意表面温度，温度升高要进行降温，预打磨到表面氧化皮完全打磨掉后，逐步采用80#、120#、240#砂纸对检测位置表面进行精磨，尽可能沿着同一个方向来回打磨，保证检测位置表面平整光洁，无氧化皮、孔洞等缺陷，表面粗糙度ra为1.6μm；
步骤3：然后对检测位置表面进行清洗，先用酸性清洁剂mca-1涂覆至检测位置表面，用240#砂纸上对检测位置表面进行清洗打磨，用干净的长纤维纸擦拭干净；再将碱性清洁剂mn5a-1涂覆至检测位置表面，用240#砂纸上对检测位置表面进行清洗打磨，用干净的长纤维纸擦拭干净；最后将无水乙醇或丙酮或石油醚或乙酸乙酯等有机溶剂倒至棉球进行擦拭，直到棉球洁白为止；
步骤4：清洗完后至少等待10min才能开始进行应变计的粘贴，检测点b的主应力方向易辨识，检测点a，检测点c的主应力方向不易判断，在铸件表面绘制坐标系，检测点a，检测点b，检测点c均位于坐标系内第一象限,x轴与检测点b的主应力方向平行；应变计型号为be120-2ca(11)-p100；
在检测点a贴三向应变计，三向应变计中应变栅a和应变栅c成90°，应变栅b分别和应变栅a、应变栅c成45°；应变栅a与x轴平行；
在检测点b贴单向应变计，应变计的方向沿辨识的主应力方向；
在检测点c贴三向应变计，三向应变计中应变栅a和应变栅c成90°，应变栅b分别和应变栅a、应变栅c成45°；应变栅a与x轴平行；
首先撕开应变计表面的保护层，用透明胶粘住应变计上表面，首先将导线端的透明胶粘贴在打磨好的检测表面，用手指轻轻的沿应变计线束端到应变计的方向推透明胶，保证应变计和透明胶带平整的贴合在检测位置表面上；从应变计端揭开透明胶带，将少量的应变计专用胶水cc-33a粘合剂小心点在应变计下方检测点处，盖上透明胶带，先按压应变计表面，然后用手指轻轻的沿应变计线束端到应变计的方向推在应变计表面上来回按压，将应变计下多余的胶水或气泡挤出，按压时间保持3min，确保胶层不要太厚并使应变计粘接牢靠；
粘贴后应变计静待10min后，从应变计导线一侧缓慢将透明胶取下；使用镊子和放大镜检查应变计与检测位置表面是否粘结完好，确保没有无翘曲、气泡和贴合不紧密的地方；
步骤5：应变计检查完好后，在应变计表面涂覆一层保护层，防护涂覆材料根据切割环境选择硅胶或石蜡等，使用ab胶对应变计线束起始端进行保护，用ab胶将应变计线束起始端固定在检测点表面上；
步骤6：将贴好应变计的缸盖静置12h后，应变计与应变仪的桥路连接采用惠斯通电桥方式连接，应变仪为美国vishay集团(vpg)的8000系列的设备，应变计与导线焊接连接，连接好导线后，拨动检测点a上应变计与导线的连接线接头，数值变化为24μm/m，应变计和导线连接稳定；
拨动检测点b上应变计与导线的连接线接头，数值变化为18μm/m，应变计和导线连接稳定；
拨动检测点c上应变计与导线的连接线接头数值变化为20μm/m，应变计和导线连接稳定；
步骤7：检测点a：记下导线连接稳定后第一次应变值为12μm/m，经过1h后再次读取第二次应变仪上的初始值为35μm/m，第一次和第二次的初始值相差小于50μm/m，则读取稳定并对初始值进行清零；
检测点b：记下导线连接稳定后第一次应变值为20μm/m，经过1h后再次读取第二次应变仪上的初始值为75μm/m，第一次和第二次的初始值相差大于50μm/m，在经过1h后再次读取第三次应变仪上的初始值为50μm/m，第二次和第三次的初始值相差小于50μm/m，则读取稳定并对初始值进行清零；
检测点c：记下导线连接稳定后第一次应变值为30μm/m，经过1h后再次读取第二次应变仪上的初始值为90μm/m，第一次和第二次的初始值相差大于50μm/m，在经过1h后再次读取第三次应变仪上的初始值为35μm/m，第二次和第三次的初始值相差小于65μm/m，则撕下应变计重复步骤2-步骤6；读取第四次应变仪上的初始值为30μm/m，经过1h后再次读取第五次应变仪上的初始值为40μm/m，则读取稳定并对初始值进行清零；
步骤8：选取两块20mm×20mm×15mm的标定样块，标定样块为制得缸盖时由同一批铸铁浇铸而成，标定样块用高温处理的方式完全释放完残余应力，所述的标定样块表面处理方式与缸盖检测表面一致，所述标定样块上应变计的选择和粘贴方式与缸盖检测表面上的一致，两块标定样块分别贴有单向应变计和三向应变计，应变计和应变仪的连接方式相同；
步骤9：沿着检测点a，检测点b，检测点c周围画20mm×20mm切割线，检测点a，检测点b，检测点c在正中间，用带锯机进行切割，切割时要缓慢、适当，切割的大小为20mm×20mm×15mm，将切下来的检测点a，检测点b，检测点c试块和标定块放置同一房间内静置5h，读取检测点a试块，检测点b试块，检测点c试块和标定样块上的应变值，
记下此时检测点a的应变值，εa＝1148μm/m，εb＝178μm/m，εc＝459μm/m，
检测点b的应变值，ε＝-37μm/m，
检测点c的应变值，εa＝-200μm/m，εb＝97μm/m，εc＝354μm/m，
三向应变计标定样块上的应变值，εa＝30μm/m，εb＝18μm/m，εc＝27μm/m，单向应变计标定样块上的应变值，ε＝22μm/m
用检测试块的应变值减去标定样块的应变值得到实际应变值，即检测点a中εa＝1118μm/m，εa＝160μm/m，εc＝432μm/m。
检测点b中ε＝-59μm/m。
检测点c中εa＝-230μm/m，εb＝79μm/m，εc＝327μm/m。
步骤10：残余应力的计算，单向应变计时残余应力计算公式为σ＝-eε，
所述步骤10中采用三向应变计时残余应力计算公式：
通过计算得到检测点a上x轴方向上应力为-164.5mpa，最小拉应力为-67.9mpa，最大拉应力为-197.9mpa，θ＝-30°，故，a点主应力应该为压应力，值为197.9mpa，方向与x轴呈30°；
检测点b上主应力为拉应力，值为7mpa；
检测点c上x轴方向上应力为17.4mpa，最小拉应力为-34.2mpa，最大拉应力为17.5mpa，θ＝37°，故，c点主应力为压应力，值为34.2mpa，方向与y轴呈37°。