残余应力测定方法(精)
残余应力检测
残余应力检测方法主要包括盲孔法、磁测法和X射线法
盲孔法残余应力检测
盲孔法残余应力检测法就是在工件的被测部位贴上应变花（计），通过在应变花（计）中心打一个Φ2mm左右的小盲孔引起残余应力的释放，同时，由残余应力测试仪将这种释放量测出并通过计算得出该部位的残余应力大小和方向。
盲孔法残余应力检测的步骤如下：1、在工件上选定残余应力测量点，一般是选择工件上残余应力值最大的点或工件在使用过程中承力最大的点；2、将被测点表面打磨到粗糙度Ra0.8左右；3、用炳酮或酒精将打磨面清洗干净；4、用快凝胶将应变花（计）粘贴在被测点；5、快凝胶凝固后，将应变计上的应变片的引线与残余应力检测仪的测量线通过接线端子连接起来；6、将残余应力检测仪修正调零；7、用专用装置在应变花（计）中心打一个Φ2mm、深约2.5mm的盲孔；8、打完孔15分钟后，用检测仪测量打孔后释放的应变量，同时自动计算出残余应力值的大小和应力方向。
磁测法残余应力检测
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。
本仪器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。
X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法
X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法1、什么是残余应力？外力撤除后在材料内部残留的应力就是残余应力。
但是，习惯上将残余应力分为微观应力和宏观应力。
两种应力在X射线衍射谱中的表现是不相同的。
微观应力是指晶粒内部残留的应力，它的存在，使衍射峰变宽。
这种变宽通常与因为晶粒细化引起的衍射峰变宽混杂在一起，两者形成卷积。
通过测量衍射峰的宽化，并采用近似函数法或傅立叶变换方法来求得微观应力的大小。
宏观应力是指存在于多个晶体尺度范围内的应力，相对于微观应力存在的范围而视为宏观上存在的应力。
一般情况下，残余应力的术语就是指在宏观上存在的这种应力。
宏观残余应力（以下称残余应力）在X射线衍射谱上的表现是使峰位漂移。
当存在压应力时，晶面间距变小，因此，衍射峰向高度度偏移，反之，当存在拉应力时，晶面间的距离被拉大，导致衍射峰位向低角度位移。
通过测量样品衍峰的位移情况，可以求得残余应力。
2、X射线衍射法测量残余应力的发展X射线衍射法是一种无损性的测试方法，因此，对于测试脆性和不透明材料的残余应力是最常用的方法。
20世纪初，人们就已经开始利用X射线来测定晶体的应力。
后来日本成功设计出的X射线应力测定仪，对于残余应力测试技术的发展作了巨大贡献。
1961年德国的E.Mchearauch 提出了X射线应力测定的sin2ψ法，使应力测定的实际应用向前推进了一大步。
3、X射线衍射法测量残余应力的基本原理Ｘ射线衍射测量残余内应力的基本原理是以测量衍射线位移作为原始数据，所测得的结果实际上是残余应变，而残余应力是通过虎克定律由残余应变计算得到的。
其基本原理是：当试样中存在残余应力时，晶面间距将发生变化，发生布拉格衍射时，产生的衍射峰也将随之移动，而且移动距离的大小与应力大小相关。
用波长λ的X射线，先后数次以不同的入射角照射到试样上，测出相应的衍射角2θ，求出2θ对sin2ψ的斜率M，便可算出应力σψ。
Ｘ射线衍射方法主要是测试沿试样表面某一方向上的内应力σφ。
残余应力及如何测量
为什么会有残余应力金属材料在产生应力的条件消失后，为什么有部分的应力会残留在物体内？为什么这些应力不会随外作用力一起消失？金属材料在外力作用下发生塑性变形后会有残余应力出现!而只发生弹性变形时却不会产生残余应力.原因：金属在外力作用下的变形是不均匀的,有的部位变形量大,而有的部位小,它们相互之间又是互相牵连在一起的整体,这样在变形量不同的各部位之间就出现了一定的弹性应力-----当外力去除后这部分力仍然存在,就是所谓的残余应力.根据它们存在的范围可分为:宏观应力\微观应力和晶格畸变应力.注意它们是在一定范围存在的弹性应力. 残余应力不只是金属有，非金属也存在，比如混凝土构件。
残余应力的根源在于卸载后受力物体变形的不完全可逆性。
金属残留在物体内的应力是由分子间力的取向不同导致的。
外力撤销后，外力所造成的残余变形导致了残余应力。
通常用热处理、时效处理来消除残余应力。
因为材料受外力作用后，金属的组织产生晶格变形，并不会随外力消失而恢复。
所以会产生残余应力。
组织产生晶格变形了，自身储存了一些能量但级别又克服不了别的晶格的能量。
所以就回有残余应力。
我们真正关心的是零件加工后的质量。
由于毛坯制造过程中会造成较大的残余应力，而这些零件毛坯中处于“平衡”状态的残余应力在加工之前不引起毛坯明显变形。
当零件加工之后，原来毛坯中残余应力的“平衡状态”被打破，应力释放出来，会造成零件很快变形而失去应有的加工精度。
减小毛坯中因制造而残留在毛坯内部残余应力对零件加工质量的影响，通常要进行消除应力的热处理，对要求精度高的零件要在粗加工后进行人工时效处理，加快残余应力的重新分布面引起的变形过程，然后再精加工。
不仅对细长轴，而且包括所有要经过冷校直的零件(如型钢、导轨)，应当注意残余应力对零件加工精度的影响。
影响高精度零件质量的残余应力主要是在加工过程中产生的。
在切削过程中的残余应力由机械应力和热应力两种外因引起。
机械应力塑性变形是切削力使零件表层金属产生塑性变形，切削完成后又受到里层未变形金属牵制而残留拉应力(里层金属产生残余压应力)。
侧倾法测定残余应力
侧倾法测定残余应力残余应力是指材料在无外力作用下仍存在的内部应力。
它通常由于材料的制备过程、加工工艺、温度变化等因素引起。
残余应力的存在会对材料的性能和使用寿命产生重要影响，因此准确测定残余应力是材料科学与工程领域的重要课题之一。
其中，侧倾法是一种常用的测定残余应力的方法之一。
侧倾法是一种非破坏性的测定残余应力的方法。
它基于材料在受到外力作用后会发生形变的原理，通过测量材料表面的侧倾角来间接推算残余应力的大小。
具体而言，侧倾法是通过在材料表面切割一条细长的槽口，然后通过测量槽口两侧的侧倾角来计算残余应力的大小。
在进行侧倾法测定残余应力时，首先需要制备一块待测材料样品。
样品的制备过程中需要注意保持样品的完整性和表面的平整度，以确保测量结果的准确性。
然后，在样品表面切割一条细长的槽口，槽口的位置和尺寸需要根据具体的测量要求进行选择。
为了方便测量，可以在槽口两侧标记一些参考线。
接下来，使用测量仪器如侧倾计或光栅仪对槽口两侧的侧倾角进行测量。
通过测量结果和相应的计算公式，可以得到残余应力的大小。
侧倾法测定残余应力的优点在于其非破坏性和操作简便性。
相比于其他测量残余应力的方法，侧倾法无需进行材料的破坏性试验，能够保持材料的完整性。
此外，侧倾法的操作也相对简单，一般只需要一些基本的测量仪器即可进行测量。
因此，侧倾法广泛应用于材料科学、工程、制造业等领域。
然而，侧倾法也存在一些限制和注意事项。
首先，侧倾法对样品的要求较高，样品的制备和处理需要仔细操作，以确保测量结果的准确性。
其次，侧倾法只能测量材料表面的残余应力，不能得到材料内部的应力分布情况。
因此，在具体应用中需要根据实际需求选择合适的测量方法。
侧倾法是一种常用的测定残余应力的方法。
通过测量材料表面的侧倾角，可以间接推算残余应力的大小。
侧倾法具有非破坏性和操作简便性的优点，广泛应用于材料科学和工程领域。
然而，在使用侧倾法进行测量时需要注意样品的制备和处理，以确保测量结果的准确性。
残余应力测试
2.测试方法目前常用的残余应力测试方法主要有三种：一是盲孔法，二是X射线衍射法，三是磁弹性法。
盲孔法需在工件表面测量部位钻φ1.5~2mm深2mm的小孔（粘贴专用应变花），通过测读释放应变确定残余应力的大小，所测应力为孔深范围内的平均应力，同一测点无法重复测量比较；X射线衍射法可以做到无损测试，但由于X射线穿透力有限，一般只能测出几个微米范围内平均应力；磁弹性法是近几年发展较快应用比较成熟的一种残余应力测试方法，具有方便、无损、快速、准确的特点。
对采用盲孔法和X射线衍射法检测残余应力，施工强度大，测量精度难以保证。
尤其盲孔法不能对同一位置进行重复性测量，测量数据的符合性差。
因此，三峡发电机组转子圆盘支架焊缝残余应力的测试采用了磁弹法技术。
残余应力的测量方法残余应力的测量方法可以分为有损和无损两大类。
有损测试方法就是应力释放法，也可以称为机械的方法；无损方法就是物理的方法。
机械方法目前用得最多的是钻孔法（盲孔法），其次还有针对一定对象的环芯法。
物理方法中用得最多的是X射线衍射法，其他主要物理方法还有中子衍射法、磁性法和超声法。
X射线衍射法依据X射线衍射原理，即布拉格定律。
布拉格定律把宏观上可以准确测定的衍射角同材料中的晶面间距建立确定的关系。
材料中的应力所对应的弹性应变必然表征为晶面间距的相对变化。
当材料中有应力σ存在时，其晶面间距d 必然随晶面与应力相对取向的不同而有所变化，按照布拉格定律，衍射角2θ也会相应改变。
因此有可能通过测量衍射角2θ随晶面取向不同而发生的变化来求得应力σ。
从这里可以看出X射线衍射法测定应力的原理是成熟的，经过半个多世纪的历程，在国内外，测量方法的研究深入而广泛，测试技术和设备已经比较完善，不但可以在实验室进行研究，可且可以应用到各种实际工件，包括大型工件的现场测量。
铜及铜合金加工制品残余应力的测定方法
综 述铜及铜合金加工制品残余 应力的测定方法路俊攀(洛阳铜加工集团有限责任公司,河南洛阳 471039)摘 要:介绍了残余应力的常见测定方法,重点讨论了适合于铜及铜合金制品残余应力测定的化学和机械方法。
其中适用于管棒材的化学方法已形成系列国标,但仍需增补;适用于板带材的化学方法仅限于试验研究之用。
机械方法中,Crampton法被广泛应用于管材应力测定,而分条变形方法是近几年才开始研究和应用的新方法,该方法适用于所有加工制品。
关键词:铜;铜合金;残余应力;测定 中图分类号:TG115.28 文献标识码:A 文章编号:100026656(2004)1220633205MEASUREMENTS OF RESID UAL STRESS FOR THE PR OCESSING PR OD UCTSOF COPPER AN D COPPER ALLOYSL U Jun2pan(Luoyang Copper Working(Group)Co.Ltd.,Luoyang Henan471039,China)Abstract:The article introduced some common measuring methods of residual stress and aimed to sim ply classify them.The emphasis of the discussion was laid on chemical method and mechanical method,which were fit for co pper and copper alloys′processing products.The chemical method which is fit for tube and bar products has been the basis for forming a series of G B,but it needs sub joining.The same method fitting in with plate and strip products is just used for study.As for the mechanical method,the“Crampton”is widely used in tube products,and the slitting deformation method is a new method,which is studied and used in recent years.It is fit for all of the processing products.K eyw ords:Copper;Copper alloys;Residual stress;Measuring 铜及铜合金在加工和热处理过程中,必然承受外力的作用以及金属内部金相和组织的转变,在制品内部产生残余应力,影响材料的疲劳强度、抗应力腐蚀性、尺寸稳定性和使用寿命,因此研究和控制加工过程中的应力愈来愈受到重视。
残余应力
残余应力不可能完全消除。例如对于一些铸造机床的 床身，要想自然消除残余应力，需要很长的时间，但是仍 然不能完全消除。特别是对于一些大型的焊接件，例如桥 梁，船舶，更没有办法通过热处理来消除残余应力，但是 这些构件对于安全性要求有很高，因此有必要对残余应力 进行研究。
1.2 残余应力的测量方法
残余应力的测量方法可分为机械释放测量法和非破坏 无损伤测量法两种。机械释放测量法，是将具有残余应力 的部件从构件中分离或切割出来使应力释放，然后测量其 应变的变化求出残余应力。它主要包括盲孔法、切条法、 逐层去层法等。其特点是测量的精度较高，但对构件的损 伤较大。非破坏性方法，包括X射线衍射法、中子衍射法、 磁性法、超声波法等。其特点是对被测构件无损害，但成 本较高。 其中以盲孔法发展较为成熟，近年来科学工作者对其 做了大量的工作，从测量原理到实际操作中的各种工艺因 素、误差来源等进行了深入的研究，使其日趋完善，目前 已成为工程上最通用的残余应力测量方法。
1
co s 2 sin 2 B
(f)
由（d）式可以得到
1 2 ( ) 2 2A 1
1
(g )
联立（f）和（g）式，得
1 1 2 ( ) 1 2 4A 1 2 B co s 2 sin 2 1 1 1 2 ( ) 2 2 4A 1 2 B co s 2 sin 2
2 .1 .5 b
式中A、B成为应变释放系数。释放应变表达式（2.1.5a） 式可以写成
r A ( ) B ( ) co s 2
1 2 1 2
(2 .1 .6)
1 2
对图2.1.2所示的残余应变计， , 则三个敏感栅方向的释放应变分别为
塑料残余应力的测定
塑料残余应力的测定
1.总则
1.1本标准提供了模具成型的塑料部件残余应力的测定的信息和方法
2.操作方法
2.1准备进行测试的部件需要进行详细的检测,如有必要需用到放大镜进行目测.确认没有裂缝,熔接线,片状剥落和暗淡区域缺陷.
2.2通过以上的检测后,按照和塑料材料形成的结构，在下述温度和时长将试片和溶剂反应,
2.2.1聚乙烯
2.2.1.1反应:将溶剂在试片2%表面上进行“TEEPOL梯波尔PC”反应
2.2.1.2溶剂温度: 75°+2°C
2.2.1.3过程:把试片浸入溶剂中24小时+30分。
聚乙烯，比溶剂的密度小，所以有必要用一些压载物把试片压在溶剂中。必须注意压载物的重量必须是合理均匀分布的并且不能在试片极限区域内产生作用压力。
2.2.ห้องสมุดไป่ตู้聚甲基丙烯酸甲酯
2.2.3.1反应：变性乙醇
2.2.3.2温度：室温
2.2.3.3过程：把试件浸入溶剂中10+0.5分钟.
2.2.4合金ABS-PC（如BAYBLEND）
2.2.4.1反应：3体积甲醇和1体积乙酸乙酯混合.
2.2.4.2温度：室温
塑料残余应力的测定
2.2.4.3过程：用刷子把溶剂涂在试件表面反应40+1分钟，然后用自来水冲洗干净，并用吸水纸吸干。
2.2.1.4干燥：在固定时间段的最后，抽出试件在无风环境下室温冷却3小时。
2.2.2ABS
2.2.2.1反应：冰醋酸（注意腐蚀性产品）
2.2.2.2温度：室温
2.2.2.3过程：用刷子把冰醋酸涂在试件表面，保持试件表面湿状态120秒，然后用自来水冲洗干净。
第10章 残余应力的测定
§10-2 X射线残余应力测定原理
在诸多测定残余应力的方法中，除超声波法 外，其他方法的共同点都是测定应力作用下产 生的应变，再按虎克定律计算应力。X射线残 余应力测定方法也是一种间接方法，它是根据 衍射线条的θ角变化或衍射条形状或强度的变 化来测定材料表层微小区域的应力。
X射线残余应力测定原理
实践证明，残余应力对制品的疲劳强度、 抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命有着直 接的影响。例如，金属工件经喷丸或其他表面处 理（渗碳、渗氮等）后，在表面将形成残余压应 力层，削弱了表面微缺陷和残余拉应力的有害作 用，可提高工件的疲劳寿命。又如淬火后的工件 如不及时进行回火处理，淬火产生的残余应力将 使工件变形、开裂而报废。 随着残余应力测试技术的发展，残余应力分 析逐渐成为机械制造业中控制和检验产品质量的 必要手段，也是对使用运行设备进行安全检查的 重要方法。因此，残余应力测试技术，在工业、 交通、军事等部门日益普遍受到重视。
一般情况下，材料的应力状态并非是单轴应 力那么简单，在其内部单元体通常处于三轴 应力状态。由于X射线只能照射深度10-30μm 左右的表层，所以X射线法测定的是表面二维 的平面应力。 根据弹性力学，在一个受力的物体内可以任 选一个单元体，应力在单元体的各个方向上 可以分解为正应力和切应力。
适当调整单元体的方向，总可以找到一个合 适的方位，使单元体的各个平面上切应力为 零，仅存在三个相互垂直的主应力σ1、σ2、 σ3。对于平面应力来说（见图10-3），只存 在两个主应力σ1、σ2与试样表面平行，垂直 于表面的主应力σ3 = 0。但是垂直于表面的 主应变ε3不等于零。对各向同性的材料， 有：
1 1 2 3
⎪ ⎨ a 2 = sin ψ sin φ ⎪ a = cos ψ = 1 − sin 2 ψ ⎩ 3
残余应力检测方法
有关构件旳残存应力检测（盲孔法检测）一、前言（1）应力概念一般讲，一种物体，在没有外力和外力矩作用、温度达到平衡、相变已经终结旳条件下，其内部仍然存在并自身保持平衡旳应力叫做内应力。
按照德国学者马赫劳赫提出旳分类措施，内应力分为三类：第Ⅰ类内应力是存在于材料旳较大区域（诸多晶粒）内，并在整个物体各个截面保持平衡旳内应力。
当一种物体旳第Ⅰ类内应力平衡和内力矩平衡被破坏时，物体会产生宏观旳尺寸变化。
第Ⅱ类内应力是存在于较小范畴（一种晶粒或晶粒内部旳区域）旳内应力。
第Ⅲ类内应力是存在于极小范畴（几种原子间距）旳内应力。
在工程上一般所说旳残存应力就是第Ⅰ类内应力。
到目前为止，第Ⅰ类内应力旳测量技术最为完善，它们对材料性能和构件质量旳影响也研究得最为透彻。
除了这样旳分类措施以外，工程界也习惯于按产生残存应力旳工艺过程来归类和命名，例如锻造应力、焊接应力、热解决应力、磨削应力、喷丸应力等等，并且一般指旳都是第Ⅰ类内应力。
（2）应力作用机械零部件和大型机械构件中旳残存应力对其疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命有着十分重要旳影响。
合适旳、分布合理旳残存压应力也许成为提高疲劳强度、提高抗应力腐蚀能力，从而延长零件和构件使用寿命旳因素；而不合适旳残存应力则会减少疲劳强度，产生应力腐蚀，失去尺寸精度，甚至导致变形、开裂等初期失效事故。
（3）应力旳产生在机械制造中，多种工艺过程往往都会产生残存应力。
但是，如果从本质上讲，产生残存应力旳因素可以归结为：1.不均匀旳塑性变形；2.不均匀旳温度变化；3.不均匀旳相变（4）应力旳调节针对工件旳具体服役条件，采用一定旳工艺措施，消除或减少对其使用性能不利旳残存拉应力，有时还可以引入有益旳残存压应力分布，这就是残存应力旳调节问题。
一般调节残存应力旳措施有：①自然时效把构件置于室外，经气候、温度旳反复变化，在反复温度应力作用下，使残存应力松弛、尺寸精度获得稳定。
一般觉得，通过一年自然时效旳工件，残存应力仅下降2%～10%，但工件旳松弛刚度得到了较大地提高，因而工件旳尺寸稳定性较好。
残余应力测定方法
残余应力测定方法
残余应力测定方法是通过对材料内部的残余应力进行测试和分析来确定材料的应力状态。
常见的残余应力测定方法包括：
1. X射线法：通过测量材料晶格的衍射角度来确定材料内部的残余应力。
X射线法适用于各种金属和非金属材料的残余应力测定。
2. 中子衍射法：利用中子衍射技术来测定材料内部的残余应力，具有高穿透性和对各种材料的适用性。
3. 光栅法：利用激光光栅干涉仪或电子束光栅干涉仪来测量材料表面的残余应力。
4. 磁法：通过在受应力的材料上覆盖一层磁性涂层，然后测量涂层上的磁感应强度变化来确定残余应力。
这些方法可以单独或结合使用，根据具体情况选择适当的测定方法进行残余应力的测定和分析。
残余应力检测方法
残余应力检测方法残余应力，又称剩余应力是指物体经过加工或者是热处理后，承受外力使其发生变形后，因内力不平衡，产生的残留在物体内部的一种应力。
它会影响物体的强度与精度，影响其使用寿命，甚至会引起结构破坏，因此，控制好残余应力，对提高零件质量至关重要。
残余应力检测是检测零件内部残余应力的重要手段，其目的是对零件的残余应力大小、分布及分布形式进行量化分析，以便能更加科学地控制零件性能。
首先，残余应力检测方法可分为有损检测方法和无损检测方法。
有损检测方法是指在检测过程中，将检测部份完全切割开来，用显微镜观察并用物理量计量等方法测定残余应力分布，又称“破坏测试法”，是一种古老而又常用的检测方法，但个别测量结果不能复用，并且检测结果受检测位置的影响较大，容易出现偏差；而无损检测方法是指在检测过程中，不会损坏检测部份，通常采用物理原理或化学原理测定残余应力值，由于检测过程不会损坏检测对象，所以可多次检测，且检测结果比较准确，也不受检测位置的影响。
其次，残余应力检测方法可以分为静恒检测方法和动态检测方法。
静恒检测方法指在检测过程中，检测对象经过加工后长期保持特定的温度，在温度不变的情况下，测定残余应力值，常用的有X射线测试、X射线衍射测试、热变形测试；而动态检测方法指在检测过程中，以时间为态变量，不断测定残余应力随着时间演变的规律，常用的有光栅方式、磁滞后追踪测试方法。
最后，残余应力检测方法也可以根据检测原理分为物理检测方法和化学检测方法。
物理检测方法是指利用某种物理原理进行残应力测试，如热变形检测、压电检测、X射线衍射检测等；而化学检测方法是指利用某种化学反应原理进行残应力测试，如分子压检测等。
残余应力检测方法是零件质量控制的重要方式之一，不仅对控制零件的质量有重要的意义，而且可以提供可靠的参数供智能加工系统控制零件制造过程中的参数。
在残余应力检测中，采用多种检测方法，可以检测出残余应力的种类、大小及分布特征，检测出的残余应力参数可以提供给后续制造过程，用于对针对性的处理方案设计。
残余应力测定方法(精)
当构件中的残余应力沿厚度分布不均匀时，可采用分层钻孔法求得各深度的残余应力。其方法是：等深度地逐层钻孔测定每次的应力释放量。如果已知主应力的方向，则有：
钻孔的技术要求：
1、被测表面的处理要符合应变测量的技术要求，应变花应用502胶水准确地粘贴在测点位置上，并用胶带覆盖好丝栅，防止铁屑破坏丝栅。
2、钻孔时要保证钻杆与测量表面垂直，钻孔中心偏差应控制在±0.025 mm以内。
3、钻孔时要稳，机座不能抖动。钻孔速度要低，钻孔速度快易导致应变片的温度漂移，孔周切削应变增大使测量不稳定。为消除切削应变的影响，可先采用小钻头钻孔然后再用铣刀洗孔。
通过布拉格实验可知，晶面对X光的反射如同镜面对可见光的反射一样，它们都遵守反射定律，入射角与反射角相等。而X射线只有以某种特定的角度入射时才能发生反射。这种反射就是晶体对X射线的衍射，同可见光的衍射是一个道理。X光的特点在于它可穿透晶体内部，同时在许多相互平行的晶面上发生反射，而只有当这些反射线互相干涉加强时，才能真正产生出反射线来。其条件应当是各晶面反射线的光程差等于波长的整倍数时，才能实现反射。如图3.12所示，d为晶面间距，θ为入射角和反射角。有前述可知，要实现相互干涉加强的条件是波程差必须等于波长的整数倍。即：
在进行切割或钻环孔时，要求刀具要锋利，加工速度要慢，以避免产生塑性变形和使工件发热。
表3.1切割法和套环法测值比较表（10MPa）
方法测值
残余应力及检测方法
残余应力及检测方法一、残余应力简介及检测方法对比众所周知，工件在制造过程中，会受到各种因素的作用与影响。
当这些因素消失之后，若构件所受到的作用与影响不能完全消失，则会有部分作用与影响残留在构件内，这种残留的作用与影响，称作残余应力。
残余应力对工件有着很大的伤害，会使工件发生翘曲或扭曲变形，甚至开裂。
针对这一问题，在现在的科技环境下，产生了几种检测应力的方法，这几种方法都存在各自的优缺点，对比图如下：现阶段行业内主要使用以下几种方法检测残余应力：（1）盲孔法盲孔法的优点在于有较好精度，而缺点也比较明显，即检测过程中需要损坏材料的结构。
（2）X射线衍射法X射线衍射法经过了市场的检验，优点是技术较为成熟且稳定，缺点是检测仪器比较笨重，操作耗时且伴随着辐射。
（3）超声波应力检测法超声波应力检测法的优点在于操作简便、快速、不损伤材料，也不会对检测人员造成伤害。
而它的缺点就在于这是一项新的技术，虽然经过多家大型实验室的测验，但是市场检验度还不够高。
综合来看，超声波应力检测技术具有很大的现场适用性，下文对该技术进行详细介绍。
二、超声波应力检测技术1、超声波应力测试仪近些年国内超声波应力检测技术的研究进展较快，下图展示为我公司自主研发的一台超声波应力测试设备及配套软件，它是一款工业级高精度超声波应力测量设备，通过软件实现信号的激发和采集，根据声弹性理论进行残余应力的计算，可无损测定被测对象积聚的应力。
超声波应力测试设备（采集模块）超声波应力测试信号处理系统（显示操作模块）该设备符合国标GB/T 32073-2015《无损检测残余应力超声临界折射纵波检测方法》的要求，具备频率设置、滤波、超声激励、残余应力值计算等基本功能。
以下为该设备具有的优势和特点：•可同时测量应力、声时、壁厚、声速，实时显示超声波形，具有一定探伤功能；•配备高频数据采集卡，对上万次测量结果进行算法优化，测量结果更准确；•集成了温度传感器，通过温度补偿消除温度对检测结果的影响；•采集模块分体式设计，易于拆装，可无线连接显示操作模块，移动性强，易于现场使用；•设备可搭载锂电池独立供电，有效地解决了野外现场供电难的问题；•优良的抗干扰能力和可靠性，拥有出色的信噪比。
残余应力检测方法概述.
第1 页共 2页残余应力检测方法概述目前国际上普遍使用的残余应力检测方法种类十分繁多,为便于分类,人们往往根据测试过程中被测样品的破坏与否将测试方法分为:应力松弛法(样品将被破坏和无损检测法(样品不被破坏两类。
以下我们简单归纳了现阶段较为常用的一些残余应力检测方法。
一、常见的残余应力检测方法: 1. 应力松弛法 (1 盲孔法该方法最早由Mather 于1934年提出,其基本原理就是通过孔附近的应变变化,用弹性力学来分析小孔位置的应力,孔的位置和尺寸会影响最终的应力数值。
由于这类设备操作起来非常简单,近年来被广泛使用。
(2 切条法Ralakoutsky 在1888年提出了采用该方法测量材料的残余应力。
在使用这种方法时需要沿特定方向将试件切出一条,然后通过测量试件切割位置的应变来计算残余应力。
(3 剥层法该方法是通过物理或化学的方法去除试件的一层并测量其去除后的曲率,根据测定的试件表面曲率变化就能计算出残余应力。
该方法常用于形状简单的试件,且测试过程快捷。
2. 无损检测方法 (1 X 射线衍射法X 射线方法是根据测量试件的晶体面间距变化来确定试件的应变,进而通过弹性力学方程推导计算得到残余应力,目前最被广泛使用的是Machearauch 于1961提出的sin2ψ方法。
日本最早研制成功了基于该方法的X 射线残余应力分析仪,为该方法的推广做出了巨大的贡献。
(2 中子衍射法。
中子衍射方法的原理和X 射线方法本质上是一样的,都是根据材料的晶体面间距变化来求得应变,并根据弹性力学方程计算残余应力。
但中子散射能量更高,可以穿透的深度更大,当然中子衍射的成本也是最昂贵的。
(3 超声波法。
该方法的物理和实验依据是S.Oka 于1940年发现的声双折射现象,通过测定声折射所导致的声速和频谱变化反推出作用在试件上的应力。
试件的晶体颗粒及取向会影响数据的准确度,尽管超声波方法也属无损检测方法,但其仍需进一步完善。
残余应力检测
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。 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。
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。 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,
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。 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。
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。 下面重点介绍无损检测法。
残余应力测量
3 225
可以解出 1 2 1 1,2 (1 2 ) 2 [2 3 (1 2 )]2 4A 4B
2 3 1 2 tg 2 1 2
Θ为从ε0方向到σ1方向之夹角，逆时针为正
2018/11/6 6
按书中标记为
1
2
3
1
r1 A( 1 2 ) B( 1 2 ) cos 2
r 2 A( 1 2 ) B( 1 2 ) cos 2
r 3 A( 1 2 ) B( 1 2 ) sin 2
2 90
2018/11/6 3
10-3 盲孔法
10-3-1 原理 无限大平板，受均匀应力σ1σ2， 应力状态
2 2 1 2 1 2 0 cos 2 2 2 1 2 r 0 sin 2 2 钻通孔后应力
r0
1
2
1
2
cos 2
引入释放系数
(1 ) a 2 A 2 2E r
1 a4 a2 B [3(1 ) 4 4 2 ] 2E r r
释放应变成为
2018/11/6
r A( 1 2 ) B( 1 2 ) cos 2
5
应用三轴 应变花
r A( 1 2 ) B( 1 2 ) cos 2
1 0
2 90
3 45
90
45
0
0 90 2 2 2 1 ,2 ( 0 45 ) ( 90 45 ) 4A 4B
2 45 0 90 tg 2 0 90
环氧树脂的残余应力测试方法
环氧树脂的残余应力测试方法
残余应力是指材料内部的剩余应力，它会对材料的性能和使用寿命产生重要影响。
在环氧树脂应用中，了解和控制残余应力的分布是至关重要的。
因此，我们需要一个有效的测试方法来评估环氧树脂中的残余应力。
一种常用的测试方法是X射线衍射（XRD）技术。
该方法是通过照射材料表面，并测量X射线经过材料后的衍射图案来确定材料中的应力分布。
在环氧树脂中，通过选取合适的衍射角度和衍射峰的位置，可以获得材料中的残余应力信息。
另一种测试方法是红外热成像（IRTI）技术。
这种方法通过测量材料表面的红外辐射热图像来获得材料中的温度分布，进而推断残余应力的分布情况。
在环氧树脂中，因为应力会引起材料的热导率和膨胀系数的变化，通过红外热成像可以间接地得到残余应力信息。
还可以使用激光剪切仪来测定环氧树脂中的残余应力。
激光剪切仪是一种能够测量材料内部残余应力的非接触式测试设备。
它通过施加外部剪切力，测量材料表面的位移和应变来计算残余应力。
在环氧树脂中，由于材料的剪切刚度与残余应力有关，这种方法可以提供准确的残余应力信息。
X射线衍射、红外热成像和激光剪切仪都是常用的测试方法，用于评估环氧树脂中的残余应力。
选择合适的测试方法取决于实际需求和资源情况，通过这些方法可以更好地理解和控制环氧树脂的性能和使用寿命。
X射线晶体学 第12章 残余应力测量 图文
主应力（或主应变）与分量的关系。 为求出式中的斜率M，至为0°~45°法； 也可以使用四点法，即0°、15°、30°、45°；
或者采用六点法，即0°、0° 、15°、30°、45°、45°。这是因为
回火(包括稳定化处理等）和振动时效(Vibration Stress Relief，简称VSR)是目前常用且比较有效的消除残余应 力的方法。
若对存在残余应力的试件加热，则残余应力将随加热温 度的升高而不断降低。
当回火温度超过500℃时，各种碳钢的淬火残余应力基本 上接近于零。
对那些合金元素较多，回火稳定性好的钢则需加热到更 高的温度，具体温度可查阅有关手册。
第二类应力是平衡于晶粒尺寸范围内的应力，相当于各个 晶粒尺度范围（或各晶粒区域）的内应力的平均值，可归 结为各个晶粒或晶粒区域之间的变形不协调性。这类应力 通常使x射线衍射谱线展宽（也可能使衍射谱线位移）。
第三类应力是平衡于单位晶胞内的应力，是局部存在的内 应力，围绕着各个晶粒的第二类应力值的波动。对晶体材 料而言，它与晶格畸变和位错组态相联系。这类应力使X射 线衍射强度下降。
通过加热来消除残余应力的方法适用于各种形状的工件， 但大型工件受加热炉炉膛尺寸的限制，可以采用机械加 工的方法，如喷砂喷丸处理，使工件表层由拉应力改变 为压应力，提高工件抗应力腐蚀性能。
2. 残余应力的测量原理
X射线应力测定的基本原理由俄国学者AKCEOИOB于 1929年提出，它的基本思路是，一定应力状态引起的材 料的晶格应变和宏观应变是一致的。
晶格应变可以通过X射线衍射技术测出；宏观应变可根 据弹性力学求得，因此从测得的晶格应变可推知宏观应 力。
日本成功设计出的X射线应力测定仪对于残余应力测试 技术的发展作了巨大贡献。
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1、如果已知构件的残余应力为单向应力状态，只要在主应力方向贴一个应变片（如图3.1）即可。分割后得释放应变ε，由虎克定律可知其残余应力为：σ=-Eε（1）
2、如果构件上残余应力方向已知，则在测点处沿主应力方向粘贴两个应变片1和2（如图3.2所示）。分割构件后测出ε1和ε2，计算残余主应力为：
在进行切割或钻环孔时，要求刀具要锋利，加工速度要慢，以避免产生塑性变形和使工件发热。
表3.1切割法和套环法测值比较表（10MPa）
方法测值
测点
1
2
3
4
5
6
套环法
纵向σ1
-14.10
-14.37
-14.29
-13.95
-14.36
-14.28
横向σ2
0.014
-1.84
-1.02
-0.67
-0.44
-0.82
1、如果被测点的残余应力是单向应力状态，只要在应力方向上贴一应变片，钻孔后即可测出应变εo，把Ф=0,σ2=0代入11）式得：
2、如果残余应力σ1和σ2的方向已知，则可沿两个主应力方向贴一应变片，如图3.7所示，Φ=0和Φ=90˚。则由（11）式可得：
公式（12）是通过弹性力学理论推导而来的，式中的A、B值是通过计算得到的。因此上述方法被称做理论公式法。还有一种方法就是通过在拉伸试件上标定释放应变与应力的比例系数后再计算残余应力，这种方法称做实验标定法。
在应力的作用下，应变的发生必然会导致晶面间距的变化。由（24）式可知，我们可以通过调整入射角θ（或衍射角2θ）来实现干涉，且X光的波长为已知（λ），因此可以求出晶面间距的改变量⊿d来。由⊿d可求出沿晶面法线方向的应变εn=⊿d /d，再根据三向应力应变关系，建立有关的应力计算公式。这就是X射线法测量应力的基本原理。
在一般情况下，主应力方向是未知的则上式中含有三个未知数σ1，σ2和Ф。如果在与主应力成任意角的Ф1，Ф2，Ф3三个方向上贴应变片，由上式可得三个方程，即可求出σ1，σ2和Ф来。为了计算方便，三个应变片之间的夹角采用标准角度，如Ф，Ф+45，Ф+90，这样测得的三个应变分别为ε0，ε45和ε90即：
在有些情况下，公式（12）将会有所变化：
（一）、理论公式的推导：当残余应力沿厚度方向的分布比较均匀时，可采用一次钻孔法测量残余应力的量值。用图3.6表示被测点o附近的应力状态：σ1和σ2为o点的残余主应力。在距被测点半径为r的P点处，σr和σt分别表示钻孔释放径向应力和切向应力。并且σr和σ1的夹角为Φ。根据弹性力学原理可得P点处原有残余应力σ`r和σ`t与残余主应力σ1和σ2的关系如式（4）钻孔法测残余应力时，要在被测点о处钻一半径为a的小孔以释放应力。由弹性力学可知，钻孔后P点处的应力σ``r和σ``t分别为式（5）
第二章残余应力测定方法
残余应力的测定方法大致可分为机械测量法和物理测量法两类。
物理测量法包括X射线法、磁性法、和超声波法等。它们分别利用晶体的X射线衍射现象.材料在应力作用下的磁性变化和超声效应来求得残余应力的量值。它们是无损的测量方法。其中X射线法使用较多，比较成熟，被认为是物理测量法中较为精确的一种测量方法。磁弹性法和超声波法均是新方法，尚不成熟，但普遍地认为是有发展前途的两种测试方法。物理法的测试设备复杂.昂贵.精度不高。特别是应用于现场实测时，都有一定的局限性和困难。
将两种情况下同一级荷载产生的应变差求出可见，钻孔前后的应变差与应力成正比，（21）式与（13）式具有完全相同的形式，它说明标定法得到的A`, B`相当于理论公式中的A , B。因此只要通过标定法测得A`和B`后代入公式（12）中，即可得到主应力方向未知的测点的残余应力σ1和σ2及其夹角Ф的数值。
当构件中的残余应力沿厚度分布不均匀时，可采用分层钻孔法求得各深度的残余应力。其方法是：等深度地逐层钻孔测定每次的应力释放量。如果已知主应力的方向，则有：
钻孔的技术要求：
1、被测表面的处理要符合应变测量的技术要求，应变花应用502胶水准确地粘贴在测点位置上，并用胶带覆盖好丝栅，防止铁屑破坏丝栅。
2、钻孔时要保证钻杆与测量表面垂直，钻孔中心偏差应控制在±0.025 mm以内。
3、钻孔时要稳，机座不能抖动。钻孔速度要低，钻孔速度快易导致应变片的温度漂移，孔周切削应变增大使测量不稳定。为消除切削应变的影响，可先采用小钻头钻孔然后再用铣刀洗孔。
一、分离法测量残余应力
切割法和套环法都是将被测点与其邻近部分分开以释放残余应力，因此统称分离法。它是测量残余应力的一种最简单的方法，多用于测量表面残余应力或沿厚度方向应力变化较小的构件上的残余应力。
（一）、切割法：在欲测部位划线：划出20mm×20mm的方格将测点围在正中。在方格内一定方向上贴应变计和应变花，再将应变计与应变仪相连，通电调平。然后用铣床或手锯慢速切割方格线，使被测点与周围部分分离开。切割后，再测应变计得到的释放应变。它与构件原有应变量值相同、符号相反，因此计算应力时，应将所得值乘以负号。
残余应力的测量方法很多，我就不更多地介绍了。
3、如图被测点残余主应力方向未知，则需贴三向应变花（如图3.3所示）。连接应变仪调平后，沿虚线切割开，观察应变仪，直到切割处温度下降到常温时，测出 再按（3）公式计算出主应力及其方向来。
（二）、套环法：在一些大型构件上，切割法有时难于进行，这时可采用套环法进行分离。其原理及贴片方法与切割法相同，但分离的技术不同于切割法。先以被测点为圆心，划半径为15mm的圆，然后在圆内贴片并调平应变仪。再用小型钻床（Φ3mm的钻头）或手电钻在圆周线上连续钻孔，孔深约10mm左右。相邻孔间要钻通，使被测点与周围分割开来，如图3.4所示。
被测点钻一小孔只能使残余应力局部释放，因此应变计所测出的释放应变值很小，必须采用高精度的应变计。为了不断提高测量精度，还必须十分注意产生误差的各种因素，其中最主要的是钻孔设备的精度和钻孔技术，还有应变测试误差。一般来说钻孔深度h ≥2a即可。
（三）、钻孔设备及钻孔要求
钻孔设备的结构应该简单，便于携带，易于固定在构件上，同时要求对中方便，钻孔深度易于控制，并能适应在各种曲面上工作。图3.10为小孔钻的结构图，这种钻具能较好地实现上述要求，借助4个螺丝可调节X . Y轴方向的位置和上.下位置，可以保证钻孔垂直于工件表面，用万向节与可调速手电钻连接施行钻孔。
通过布拉格实验可知，晶面对X光的反射如同镜面对可见光的反射一样，它们都遵守反射定律，入射角与反射角相等。而X射线只有以某种特定的角度入射时才能发生反射。这种反射就是晶体对X射线的衍射，同可见光的衍射是一个道理。X光的特点在于它可穿透晶体内部，同时在许多相互平行的晶面上发生反射，而只有当这些反射线互相干涉加强时，才能真正产生出反射线来。其条件应当是各晶面反射线的光程差等于波长的整倍数时，才能实现反射。如图3.12所示，d为晶面间距，θ为入射角和反射角。有前述可知，要实现相互干涉加强的条件是波程差必须等于波长的整数倍。即：
2、被测面直径可以小到1—2mm。因此可以用于研究一点的应力和梯度变化较大的应力分布。
3.由于穿透能力的限制，一般只能测深度在10um左右的应力，所以只是表面应力。
4.对于能给出清晰衍射峰的材料，例如退火后细晶粒材料，本方法可达10MPa的精度，但对于淬火硬化或冷加工材料，其测量误差将增大许多倍。
关于残余应力的X射线测定法，有许多专著进行了详细的论述，这里只简要说明一下它的基本原理。
机械方法包括切割法、套环法和钻孔法（下面主要介绍）等，它是把被测点的应力给予释放，并采用电阻应变计测量技术测出释放应变而计算出原有残余应力。残余应力的释放方法是通过机械切割分离或钻一盲孔等方法，因此它是一种破坏性或半破坏性的测量方法，但它具有简单、准确等特点。
从两类方法的测试功能来说，机械方法以测试宏观残余应力为目的，而物理方法则测试宏观应力与微观应力的综合值。因此两种方法测试的结果一般来说是有区别的。
以上是盲孔法测量残余应力的具体方法，如果无法使用小孔钻，可以使用喷沙打孔法打一盲孔，喷沙打孔的方法就是利用压缩空气带动Al2O3或SiO2粉末，通过回转的喷嘴对准应变花中心打孔标志，喷吹表面而得一盲孔。这种方法实际上是一种磨削过程，其产生的热量由气流冷却，加之切削量很小，因此打孔时引起的附加应力较小，喷沙打孔法的测量精度较高。
三、X射线法：
X射线应力测定方法的基本原理，是利用X射线穿透晶粒时产生的衍射现象，在弹性应变作用下，引起晶格间距变化，使衍射条纹产生位移，根据位移的变化即可计算出应力来。
X射线法测定应力的特点：
1、它是一种无损的应力测试方法。它测量的仅仅是弹性应变而不包含塑性应变（因为工件塑性变形时晶面间距并不改变，不会引起衍射线的位移）。
套环法的应变计布置和公式均与切割法相同。
（三）、切割法与套环法的对比试验：图3.5是一厚度为14mm的双焊道板梁。由于结构对称两焊道中间部分沿中心线上残余应力分布基本上是相同的，且方向是已知的。沿长度方向做12等份做为残余应力测试点。其中单号点采用套环法，双号采用切割法进行残余应力测试。表3.1给出测得的各点残余应力值。不难看出切割法与套环法测得的结果基本相同，数据具有较好的稳定性，分散度较小。相对于其他方法来说，切割法和套环法具有较好的稳定性和较高的精度，适用于在允许局部破坏的构件上测残余应力。
切割法
纵向σ1
-14.51
-14.30
-14.41
-14.22
-14.41
-14.84
横向σ2
0.25
-1.84
-1.08
-0.70
-0.39
-0.75
二、盲孔法测量残余应力
切割法和套环法测量残余应力具有较大的破坏性，因此目前在焊接件和铸件上应用的较多的残余应力测量方法是盲孔法，盲孔法就是在工件上钻一小通孔或不通孔，使被测点的应力得到释放，并由事先贴在孔周围的应变计测得释放的应变量，再根据弹性力学原理计算出残余应力来。钻孔的直径和深度都不大，不会影响被测构件的正常使用。并且这种方法具有较高的精度，因此它以成为应用比较广泛的方法。