Остаточный стресс относится к внутреннему напряжению состоянию, которое остается внутри материала даже в отсутствие внешних нагрузок. Это напряженное состояние обычно вызывается такими факторами, как неравномерные поля температуры, пластическая деформация или фазовые изменения во время таких процессов, как обработка, термообработка и сварка. Наличие остаточного напряжения значительно влияет на механические свойства материала, усталостную жизнь, коррозионную устойчивость и другие характеристики. Следовательно, точное обнаружение остаточного напряжения имеет решающее значение для обеспечения качества и безопасности продукта. В этой статье будут представлены несколько часто используемых методов для выявления остаточного стресса и анализа их преимуществ, недостатков и применимых диапазонов.
1. Метод механического тестирования
Метод механического тестирования является косвенным подходом для оценки остаточного напряжения путем измерения небольших изменений в размерах объекта. Используемые общие инструменты включают в себя датчики деформации, микрометра и внутренние микрометровые суппорты. Основной принцип этого метода заключается в том, что когда остаточное напряжение существует в материале, его размеры (такие как длина, диаметр и т. Д.) будут подвергаться небольшим изменениям. Точное измерение этих изменений и применения принципов упругих механиков, можно оценить остаточное напряжение в материале.
Преимущества:
Простая работа и низкая стоимость.
Низкие требования к оборудованию, что облегчает реализацию.
Недостатки:
Способен обнаружить остаточное напряжение на поверхности материала, с плохой эффективностью для обнаружения внутренних напряжений.
На точность измерения влияет различные факторы, такие как выбор точек измерения и точность измерительных инструментов.
2.Метод слепой дыры
Метод слепых отверстий - это метод разрушительного тестирования, которая включает в себя сверление небольшого отверстия на поверхности объекта, чтобы высвободить напряжение вокруг отверстия. Затем остаточное напряжение выводится путем измерения изменений деформации до и после того, как отверстие сделано. Этот метод был предложен немецким ученым Матчаром в 1934 году и с тех пор превратился в относительно зрелый метод обнаружения остаточного стресса.
Преимущества:
Подходит для измерения полей остаточного напряжения со значительными градиентами.
Обеспечивает высокую точность измерения, особенно для измерений остаточного напряжения поверхности.
Недостатки:
Это метод деструктивного тестирования, который наносит ущерб объекту.
Процесс измерения является сложным и требует квалифицированных операторов и специализированного оборудования.
3. Рентгеновский метод дифракции
Метод рентгеновской дифракции используется для измерения остаточного напряжения путем использования дифракционного явления рентгеновских лучей в кристаллических материалах. Когда рентгеновские снимки направлены на кристаллический материал, возникает дифракция, а угол дифракции связан с констант решетки кристалла. Измеряя изменение углов дифракции в разных направлениях, остаточное напряжение в материале может быть выведено.
Преимущества:
Неразрушающее тестирование, то есть оно не наносит никакого повреждения объекта.
Подходит для широкого спектра твердых заготовков с высокой точностью измерения.
Способен тестировать под разными углами на одной и той же точке, чтобы обнаружить эффекты текстуры.
Недостатки:
Оборудование стоит дорого, а операция сложна.
У оператора есть определенная радиационная опасность, требующая соответствующих мер безопасности.
Метод до сих пор не полностью зрел для материалов с большими зернами или текстурированными конструкциями, такими как алюминиевые сплавы и нержавеющая сталь.
4. Метод ультразвукового тестирования
Метод ультразвукового тестирования измеряет остаточный стресс, используя взаимосвязь между скоростью распространения ультразвука и плотностью материала. Когда ультразвуковые волны проходят через материал, на их скорость влияет плотность материала. Измеряя скорость и время распространения волны, можно вывести остаточное напряжение в материале.
Преимущества:
Неразрушающее тестирование, то есть оно не наносит никакого повреждения объекта.
Простая работа и быстрое измерение.
Подходит для измерения напряжения в большом диапазоне и в сложных структурах.
Высокая точность и чувствительность.
Недостатки:
Требуется специальная подготовка объекта, такого как удаление покрытий.
На результаты измерения влияют различные факторы, такие как температура и структура материала.
Относительно новая технология, с недостаточной проверкой на рынке.
Метод химического анализа
Метод химического анализа оценивает остаточное напряжение путем измерения изменений в химическом составе и микроструктуре материала. Этот метод включает химическую обработку и анализ материала, а также путем измерения изменений в химическом составе можно вывести остаточное напряжение.
Преимущества:
Предоставляет подробную внутреннюю информацию, включая химический состав и микроструктуру.
Высокая точность измерения.
Недостатки:
Высокая стоимость и сложная работа.
Требуется разрушительная химическая обработка материала.
Не подходит для всех типов материалов.
6. Метод тестирования магнитной памяти
Метод тестирования магнитной памяти обнаруживает остаточное напряжение, используя необратимую переориентацию структуры магнитного домена металла в областях, концентрированных на стрессе, явление, известное как эффект «магнитная память». Когда металл подвергается напряжению, его магнитные домены переориентируются. Эта переориентация остается даже после того, как стресс будет высвобождаться, образуя «магнитную память». Измеряя этот эффект «магнитной памяти», можно вывести остаточное напряжение в материале.
Преимущества:
Неразрушающее тестирование, то есть оно не наносит никакого повреждения объекта.
Простая работа, подходящая для тестирования на месте.
Недостатки:
На точность измерения влияет различные факторы, такие как интерференция температуры и магнитного поля.
Применимо только к ферромагнитным материалам; Не подходит для нефромагнитных материалов.
7.Метод инфракрасной термографии
Метод инфракрасной термографии обнаруживает остаточное напряжение, используя тепловые эффекты, генерируемые в материале при напряжении. Когда объект подвергается напряжению, небольшое количество тепла генерируется внутри. Эти изменения температуры могут быть измерены и проанализированы с использованием инфракрасной тепловой камеры. Измеряя и анализируя эти изменения температуры, остаточное напряжение в материале может быть выведено.
Преимущества:
Неконтактное тестирование, что означает, что оно не наносит никакого повреждения объекта.
Подходит для измерения напряжения на больших площадях и в сложных структурах.
Недостатки:
На точность измерения влияет различные факторы, такие как температура окружающей среды и поверхностная излучательная способность материала.
Дорогое оборудование и сложная эксплуатация.
Заключение
Существуют различные методы обнаружения остаточного стресса, каждый из которых имеет свои уникальные преимущества, недостатки и применимость. В практических приложениях необходимо всесторонне рассмотреть такие факторы, как тип материала, размер, форма, характеристики распределения напряжений и требования к тестированию тестируемого объекта для выбора соответствующего метода обнаружения. Благодаря непрерывному развитию технологии продолжаются новые методы обнаружения остаточных напряжений, такие как методы, основанные на технологии оптоволоконного зондирования и методах распознавания изображений. Эти новые методы предоставляют свежие идеи и инструменты для обнаружения остаточного напряжения.
В будущем обнаружение остаточного стресса будет все больше сосредоточиться на неразрушающем тестировании, высокой точности, мониторинге в реальном времени и интеллекте. Эти тенденции будут предлагать более точные и надежные методы обнаружения для промышленного производства и научных исследований.