检测钢轨残余应力的方法
【专利摘要】本发明属于金属材料力学性能检测领域，具体涉及一种检测钢轨残余应力的方法。本发明方法包括以下步骤：a、粗磨：取钢轨待测试样，确定被测部位，清除被测部位表面层，打磨，直至被测部位光滑平整；b、手工细磨：用砂纸继续打磨被测部位，检测水平度；c、清洗抛光：用酒精清洗待测试样被测部位的表面，抛光处理，再次用酒精清洗；d、应力测试：用胶将应变片平直对齐的粘贴在被测部位表面，用动静态应变测量分析系统进行残余应力的测试，记录下结果。本发明通过打磨钢轨试样，是被测试样表面水平光滑，无毛刺，无划痕，降低了其他因素对试验的影响，确保应变片与钢轨平稳完全接触，从而提高钢轨残余应力测试精确度。
【专利说明】
检测钢轨残余应力的方法
技术领域
[0001]本发明属于金属材料力学性能检测领域，具体涉及一种检测钢轨残余应力的方 法。
【背景技术】
[0002] 工件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响；当这些因素消失 之后，若构件所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在 构件内，则这种残留的作用与影响，称为残余应力。残余应力是当金属材料没有外部因素作 用时，在内部保持平衡而存在的应力，钢轨的残余应力是钢轨生产过程中的不同工艺和使 用过程中环境所决定，检测钢轨残余应力对提高钢轨质量有非常重要的意义。
[0003] 现有技术中检测钢轨残余应力主要有以下几种方法：
[0004] 1、盲孔法残余应力测量
[0005] 它的原理是在平衡状态下的原始应力场上钻孔，以去除一部分具有应力的金属， 而使圆孔附近部分金属内的应力得到松弛，钻孔破坏了原来的应力平衡状态而使应力重新 分布，并呈现新的应力平衡，从而使圆孔附近的金属发生位移或应变，通过高灵敏度的应变 仪，测量钻孔后的应变量，就可以计算原应力场的应力值。
[0006] 残余应力检测仪主要采用盲孔法进行各种材料和结构的残余应力分析和研究，还 可作为在静力强度研究中测量结构及材料任意点变形的应力分析仪器。如果配用相应的传 感器，也可以测量力、压力、扭矩、位移和温度等物理量。它以计算机为中央微处理机，采用 高精度测量放大器、数据采集和处理器，测量中无需调零，可直接测出残余应力值的大小及 方向，实现了残余应力测量的自动化。
[0007] 2、磁测法残余应力测量
[0008] 磁测法残余应力检测法主要是通过磁测法来测定铁磁材料在内应力的作用下磁 导率发生的变化确定残余应力的大小和方向。众所周知，铁磁材料具有磁畴结构，其磁化方 向为易磁化轴向方向，同时具有磁致伸缩性效应，且磁致伸缩系数是各向异性的，在磁场作 用下，应力产生磁各向异性。磁导率作为张量与应力张量相似。通过精密传感器和高精度的 测量电路，将磁导率变化转变为电信号，输出电流(或电压)值来反映应力值的变化，并通过 装有特定残余应力计算机软件的计算机计算，得出残余应力的大小、方向和应力的变化趋 势。
[0009] 3、X射线衍射法残余应力测量
[0010] 在各种无损测定残余应力的方法之中，X射线衍射法被公认为最可靠和最实用的。 它原理成熟，方法完善，经历了七十余年的进程，在国内外广泛应用于机械工程和材料科 学，取得了卓著成果。
[0011] X-射线应力测定仪是一种简化和实用化的X射线衍射装置，因而它还有一项附加 的功能一一测定钢中残余奥氏体含量。由于它适用于各种实体工件，而且能够针对同一点 以不同的Φ角、Ψ角进行测试，以探测织构的影响，这项功能便具备了重要而独特的用途。
[0012] 申请号为"201310148824.9"，发明名称为"钢轨残余应力测试方法"，公开了一种 钢轨残余应力测试方法:取钢轨lm长，在距钢轨轨端500mm位置取一点（即中心部位），过该 点在圆周方向垂直于钢轨轴线画条线，从轨底中心点沿线方向依次相间隔取点直到轨头中 心处，共14点，每个点贴一个应变片，用静态应力应变仪测出各点残余应力初始值，然后以 钢轨上所画的线为中心线，在中心线两端各l〇mm处，垂直于钢轨轴线将钢轨切开，切成20mm 的薄片，再用静态应力应变仪测出各点残余应力的终值。该专利通过多点测试，了解各部位 的应力分布情况，从而分析各点的应力变化，方法复杂且劳动量大，部分位置应变片与钢轨 不能完全贴合，测试精确度不够。
[0013] 通常，钢轨试样使用应变测量分析系统测试其残余应力，检测时，要将电阻片粘贴 在钢轨上，由于钢轨特殊形状，表面存在着一定的不平度，因此需要对钢轨试样检测部位进 行打磨，传统的打磨方式打磨后，往往被测部位不光滑，从而造成电阻片与钢轨的接触面积 小，进而导致测试的结果精确性偏低。因此，需要一种新的打磨方式，进而更好地检测钢轨 残余应力。
【发明内容】
[0014] 本发明所要解决的技术问题是提供一种测试结构更精确，方法更简单的钢轨残余 应力的检测方法。
[0015] 本发明检测钢轨残余应力的方法，包括以下步骤：
[0016] a、粗磨:取钢轨待测试样，确定被测部位，清除被测部位表面层，打磨，直至被测部 位光滑平整；
[0017] b、手工细磨：用砂纸继续打磨被测部位，检测水平度，直至被测部位水平且光滑， 磨痕均匀；
[0018] c、清洗抛光:用酒精清洗待测试样被测部位的表面，抛光处理，再次用酒精清洗；
[0019] d、应力测试:待被测部位表面干燥后，用胶将应变片平直对齐的粘贴在被测部位 表面，用动静态应变测量分析系统进行残余应力的测试，记录下结果。
[0020] 上述所述检测钢轨残余应力的方法，其中a步骤中粗磨采用手提式电动磨光机清 除待测试样被测部位的表面层。
[0021] 进一步的，上述所述检测钢轨残余应力的方法，其中所述手提式电动磨光机砂轮 片与b步骤中手工细磨采用的砂纸粒度相同。
[0022] 进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述检测钢轨残余应力的方法，其中所述 手提式电动磨光机砂轮片与手工细磨采用的砂纸粒度均优选为180~220目，更优选为200 目。
[0023] 上述所述检测钢轨残余应力的方法，其中c步骤中所述抛光处理为:将抛光液涂抹 在待测试样被测部位上，轻轻擦拭2~2.5min，直至表面光亮、无毛刺、无划痕。
[0024] 进一步的，上述所述检测钢轨残余应力的方法，其中所述抛光液优选由以下重量 份成分配置而成:蒸馏水45~54%，过氧化氢45~50%，氧氟酸1~5%，得混合液;配制好混 合液后加入草酸，每50ml混合液加入1.5~2g草酸；更优选由以下重量份成分配置而成：蒸 馏水50%，过氧化氢47%，氧氟酸3%，得混合液;配制好混合液后加入草酸，每50ml混合液 加入1.8g草酸。
[0025] 上述所述检测钢轨残余应力的方法，其中d步骤中所述应变片的粘贴位置与被测 部位边部距离为8~12mm，优选为10mm。
[0026] 上述所述检测钢轨残余应力的方法，其中所述动静态应变测量分析系统采样速率 为550~650HZ，优选为600HZ。
[0027] 本发明检测钢轨残余应力的方法，与现有技术相比，本发明通过打磨钢轨试样，是 被测试样表面水平光滑，无毛刺，无划痕，降低了其他因素对试验的影响，确保应变片与钢 轨平稳完全接触，从而提高钢轨残余应力测试精确度。
【附图说明】
[0028] 图1为实施例1中被测钢轨的被测部位位置。
【具体实施方式】
[0029]本发明检测钢轨残余应力的方法，包括以下步骤：
[0030] a、粗磨:取钢轨待测试样，确定被测部位，清除被测部位表面层，露出金属光泽后， 将被测部位打磨平整，直到当前磨痕一致，被测部位光滑平整；
[0031 ] b、手工细磨：用砂纸继续打磨被测部位，用水平仪检测被测部位水平度，直至被测 部位水平且光滑，磨痕均匀；
[0032] c、清洗抛光：用酒精清洗待测试样被测部位的表面，去除铁砂、铁肩等异物，对被 测部位进行抛光处理，再次用酒精清洗被测部位；
[0033] d、应力测试:待被测部位表面自然干燥或者风吹干燥后，用胶将应变片平直对齐 的粘贴在被测部位表面，用动静态应变测量分析系统进行残余应力的测试，记录下结果。 [0034]选择手提式电动磨光机砂轮片与手工细磨采用的砂纸粒度相同原因在于:钢轨具 有一定规则形状，一定平整度，表面不是凹凸不平，因此用不着对他进行大范围打磨。粗磨 完成后，钢轨试样表面磨痕一致，被测部位光滑平整，被测部位也基本采用手工细磨就可以 了。这时手工细磨砂纸如果采用小于手提式电动磨光机砂轮片的粒度，就会造成磨痕不一 致，就会花费大量时间使被测部位磨痕与手工细磨砂纸一致，这无疑增加了工时，造成砂纸 浪费，增加了检测成本，也会导致手工细磨困难。所以选择手提式电动磨光机砂轮片与手工 细磨采用的砂纸粒度相同。
[0035] 本发明所述被测部位位于钢轨试样的轨头、轨腰和轨底上，在需要测试的轨头、轨 腰或轨底上的打磨出一个或多个被测部位，经过清洗抛光，贴下应变片，进行残余应力测 试。当测试轨头、轨腰或轨底中一个位置时，即在该位置上打磨出需要测试被测部位，并进 行测试，当测试轨头、轨腰或轨底中两个或以上位置时，即在轨头、轨腰或轨底中两个或以 上位置上打磨出需要测试被测部位，并同时进行测试。根据试验需要选择应变片的数量，被 测部位面积应大于应变片粘贴面积。
[0036] 上述所述检测钢轨残余应力的方法，其中a步骤中粗磨采用手提式电动磨光机清 除待测试样被测部位的表面层。
[0037] 进一步的，上述所述检测钢轨残余应力的方法，为了保持磨痕一致，其中所述手提 式电动磨光机砂轮片与b步骤中手工细磨采用的砂纸粒度相同。
[0038] 进一步的，作为更优选的技术方案，上述所述检测钢轨残余应力的方法，其中所述 手提式电动磨光机砂轮片与手工细磨采用的砂纸粒度均优选为180~220目，更优选为200 目。如果粗磨砂轮片粒度大，就会与砂纸细磨磨痕不一致，造成细磨困难，且浪费砂纸，增加 了成本。
[0039] 上述所述检测钢轨残余应力的方法，其中c步骤中所述抛光处理为:将抛光液涂抹 在待测试样被测部位上，轻轻擦拭2~2.5min，直至表面光亮、无毛刺、无划痕。
[0040] 进一步的，上述所述检测钢轨残余应力的方法，为了将钢轨打磨得更光滑平整，其 中所述抛光液优选由以下重量份成分配置而成:蒸馏水45~54%，过氧化氢45~50%，氧氟 酸1~5%，得混合液;配制好混合液后加入草酸，每50ml混合液加入1.5~2g草酸;更优选由 以下重量份成分配置而成：蒸馏水50%，过氧化氢47%，氧氟酸3%，得混合液;配制好混合 液后加入草酸，每50ml混合液加入1.8g草酸。
[0041] 上述所述检测钢轨残余应力的方法，为了降低对测试结果的影响，其中d步骤中所 述应变片的粘贴位置与被测部位边部距离为8~12mm，优选为10mm。
[0042] 上述所述检测钢轨残余应力的方法，其中所述动静态应变测量分析系统采样速率 为550~650HZ，优选为600HZ。
[0043]下面结合实施例对本发明的【具体实施方式】做进一步的描述，并不因此将本发明限 制在所述的实施例范围之中。
[0044] 实施例1
[0045] 取待测钢轨，按照以下步骤进行打磨，测试钢轨的残余应力大小：
[0046] a、粗磨:取钢轨待测试样，确定被测部位，清除被测部位表面层，露出金属光泽后， 将被测部位打磨平整，直到当前磨痕一致，被测部位光滑平整；
[0047] b、手工细磨：用粒径为200目的砂纸继续打磨被测部位，用水平仪检测被测部位水 平度，直至被测部位水平且光滑，磨痕均匀；
[0048] c、清洗抛光：用酒精清洗待测试样被测部位的表面，去除铁砂、铁肩等异物，对被 测部位进行抛光处理，抛光处理具体为:将抛光液涂抹在待测试样被测部位上，轻轻擦拭2 ~2.5min，直至表面光亮、无毛刺、无划痕，再次用酒精清洗被测部位;抛光液由以下重量份 成分配置而成：蒸馏水50 %，过氧化氢47 %，氧氟酸3 %，得混合液;配制好混合液后加入草 酸，每50ml混合液加入1 · 8g草酸；
[0049] d、应力测试:待被测部位表面自然干燥或者风吹干燥后，用胶将应变片平直对齐 的粘贴在被测部位表面，应变片的粘贴位置与被测部位边部距离为l〇mm，用动静态应变测 量分析系统进行残余应力的测试，动静态应变测量分析系统米样速率为600HZ，在lm长某钢 轨试样(详见说明书附图1所示）中心轴线上的轨头位置选择测试点号1、轨底中心位置选择 测试点号2,在轨底上再选择两点3和4,4点是轨底中心点2与边部之间二分之一位置点，点3 是2点和4点的二分之一位置点。被测钢轨的弹性模量2.07110 51〇^。1、2、3、4每个点号各测 试3次，每次间隔为2小时，测试结果如表1所示：
[0050] 表1钢轨被测部位残余应力值
[0052]本发明检测钢轨残余应力的方法，与现有技术相比，本发明通过打磨钢轨试样，使 被测试样表面水平光滑，无毛刺，无划痕，降低了其他因素对实验的影响，确保应变片与钢 轨平稳完全接触，从而提高钢轨残余应力测试的精确度。
【主权项】
1. 检测钢轨残余应力的方法，其特征在于:包括以下步骤： a、 粗磨:取钢轨待测试样，确定被测部位，清除被测部位表面层，打磨，直至被测部位光 滑平整； b、 手工细磨：用砂纸继续打磨被测部位，检测水平度，直至被测部位水平且光滑，磨痕 均匀； c、 清洗抛光:用酒精清洗待测试样被测部位的表面，抛光处理，再次用酒精清洗； d、 应力测试:待被测部位表面干燥后，用胶将应变片平直对齐的粘贴在被测部位表面， 用动静态应变测量分析系统进行残余应力的测试，记录下结果。2. 根据权利要求1所述检测钢轨残余应力的方法，其特征在于:a步骤中粗磨采用手提 式电动磨光机清除待测试样被测部位的表面层。3. 根据权利要求2所述检测钢轨残余应力的方法，其特征在于:所述手提式电动磨光机 砂轮片与b步骤中手工细磨采用的砂纸粒度相同。4. 根据权利要求3所述检测钢轨残余应力的方法，其特征在于:所述手提式电动磨光机 砂轮片与手工细磨采用的砂纸粒度均为180~220目，优选为200目。5. 根据权利要求1所述检测钢轨残余应力的方法，其特征在于:c步骤中所述抛光处理 为:将抛光液涂抹在待测试样被测部位上，轻轻擦拭2~2.5min，直至表面光亮、无毛刺、无 划痕。6. 根据权利要求5检测钢轨残余应力的方法，其特征在于:所述抛光液由以下重量份成 分配置而成:蒸馏水45~54%，过氧化氢45~50%，氧氟酸1~5%，得混合液;配制好混合液 后加入草酸，每50ml混合液加入1.5~2g草酸；优选由以下重量份成分配置而成：蒸馏水 50 %，过氧化氢47 %，氧氟酸3 %，得混合液;配制好混合液后加入草酸，每50ml混合液加入 1.8g草酸。7. 根据权利要求1所述检测钢轨残余应力的方法，其特征在于:d步骤中所述应变片的 粘贴位置与被测部位边部距离为8~12mm，优选为10mm。8. 根据权利要求1所述检测钢轨残余应力的方法，其特征在于:所述动静态应变测量分 析系统采样速率为550~650HZ，优选为600HZ。
【文档编号】G01N1/32GK106017760SQ201610303492
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月10日
【发明人】吴伟
【申请人】攀钢集团研究院有限公司