二、X射线衍射法
周上祺等利用X射线在铍中穿透深度大这一特点,
提出了适合于测定铍材内部三维残余应力的X射线断 层扫描法。
今后这一领域的研究工作仍将十分艰巨。如 Taylor级数法中展开式取至二次项甚至三次项的数学 处理方法;Laplace法能否采用单一X射线源按侧倾法通 过改变方位角获取深度信息用以计算应力分布;断层 扫描法测定铍材残余应力的计算模型、实验装置及其 在低原子序数材料领域内的推广;以及能否将X射线结 构深度分布的分析方法移植到残余应力分布的分析中 来等。
残余应力检测
一.研究的意义 二.几种常见的检测方 法
三.检测原理 四.优缺点分析 五.研究现状及前景
研究的意义
各种机械构件在制造过程中(如铸造、锻压、焊接、 热处理等)都将引起残余应力。
在工作温度、工作介质及残余应力的共同作用下, 构件的抗疲劳强度、抗脆断能力、抗应力腐蚀开裂及 形状尺寸的稳定性都将大大下降。同时，在材料表面 积聚的残余应力会使材料表面形成表面裂纹或者近表 面裂纹，这种隐藏在材料和构件近表面的缺陷往往是 导致断裂的起点，更具隐蔽性和危险性。
它具体特点如下:1. 穿透深度极浅，一般只能测试 深度在10μm左右的应力(表面应力)。 2.可进行点应力
研究，被测面直径可小到1~2mm。3.测量的仅仅 是弹性应变而不包含塑性Байду номын сангаас变。4.精度较高。5.要 求设备比较复杂,仅适用于结晶材料,且对测试表面 的要求也比较高。
三、超声波法
它具有如下特点：1.超声波具有光波一样良好 的方向性，可以实行定向发射。 2.对于大多数介 质而言，超声波的穿透能力较强。 3.能测定实际 构件的表面应力和内部应力。 4.超声测量仪器方 便携带到室外或现场使用。5.超声法在测量应力 时，需要做标定试验。6.超声波法测定的结果要 受到材料性能，工件形状和组织结构的影响，测 量的灵敏度较低。7.对表层或内部应力急剧变化
纵观国内外的发展,其趋势可归纳如下：1)检测技 术的计算机化和自动化；2)精确测量时间差。超声波 的声弹效应是一种弱效应,应力引起的声速变化很小。 因此,精确测量时间变化量很关键。3)声弹性力学、超 声波传播机理的基础理论研究。4)研究对象、应用领 域的拓展与渗透。
四、扫描电子声显微镜(SEAM)
三、超声波法
当没有应力作用时超声波在各向同性的弹性体内 传播速度与有应力作用时传播速度不同,因此可利用 超声波波速与应力之间的关系来测量残余应力。
实验证明：声速随应力的变化呈较理想的线性关 系。利用超声波进行应力测量是依据声弹性效应，即 应变引起的超声波速度的变化。按照声弹性理论，只 要变形处在材料的弹性范围之内，速度与应力即呈线 性变化。
下面重点介绍无损检测法。
检测原理
一、磁弹性法
利用磁致伸缩效应来测定应力, 当应力变化时, 由 于物体的伸缩引起磁路中磁通的变化,这样就会引起 检测线圈中的电流变化,由此变化可以测出应力的变 化。
二、X射线衍射法
其最基本的思路是,认为一定应力状态引起的晶 格应变和按弹性理论求出的宏观应变是一致的。而晶 格应变可以通过布拉格方程由X射线衍射技术测出,这 样就可以从测得的晶格应变来推知宏观应力。具体有 三种方法：1. sin2ψ法 2. Taylor级数展开法3. Laplace
三、超声波法
1967年,CrecraftD I发表了利用超声波测量工件应
力和残余应力的文章,描述了超声波的双折射现象与 在
进行光弹应变分析中观测到的光双折射现象类似。该 方法用于测量各向同性介质中的应力效果良好。Bach F和Askegard V研究了双轴应力场中声波的应用,以及 双轴和三轴应力场中应力与超声波速度间相互关系的 一般表达式。
在检测设备方面，俄罗斯动力诊断公司 研制了 TSC 系列磁记忆检测仪；值得一提的 是，最近英国能源和石油公司研制了新一代
国相关部门也研制了一些智能型的磁性应力检测仪， 并成功应用于工程实际中。
磁检测残余应力目前还存在许多理论和技术问题
需要解决。主要包括三方面：1）该方法理论上只能 确定平面问题两个主应力方向和二者之差，如何精确 得到两个主应力值是需要解决的问题；2）该方法理 论上只能解决平面问题，如何精确得到三向主应力值 是今后要解决的问题；3）相应的智能测试设备及后 续分析软件的研发。
因此分析残余应力的产生机理、探究有效的残余 应力检测方法对改善零件中残余应力状况具有非常重 大的意义。
几种常见的检测方法
残余应力的检测技术始于20世纪30年代 ,发展至 今共形成了数十种检测方法。
残余应力的检测方法可分为有损检测法和无损检 测法。有损检测法主要有盲孔法、环芯法和云纹干涉 法等。无损检测法主要包括磁弹性法、X射线衍射法、 超声波法和扫描电子声显微镜等。
由于从电子声信号的产生到接受是一个复杂的物 理过程,关于残余应力分布对电子声信号作用的机理 及其理论模型正在进一步的探讨之中。
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结束语
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四、扫描电子声显微镜(SEAM)
SEAM技术基于热波成像原理,利用热波在试样中 的传播对材料热学或热弹性质的微小变化进行成像。
优缺点分析
一、磁弹性法
它的最大特点是测量速度快, 非接触测量, 适合现 场, 但测试结果受很多因素影响, 可靠性和精度差, 量 值标定困难,对材质较敏感, 且仅能用于铁磁材料。磁 性法都是需要外部激励磁场来工作, 因此带来了磁化 不均匀, 设备笨重, 消耗能源, 剩磁和磁污染等问题。 二、X射线衍射法
四、扫描电子声显微镜(SEAM)
它的穿透能力较强,可用于测定表面残余应力技 术;分层成像能力独特,更揭示了残余应力-深度分布状 况,使测定残余应力三维分布成为可能。
研究现状及前景
一、磁弹性法
在研究方面，ngman早在上世纪 80 年代已利用该方法测量火车车轮的残余应力； 张卫民等开展了 45#钢拉伸磁测实验，所得 结果与 X 射线测量结果进行了比较，并试图 从微观变形机理上解释应力集中和微损伤处 磁记忆信号的特征及其产生的原因。