残余应力测量钻孔应变释放法-钢铁标准网

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1、《金属材料残余应力测定钻孔应变法》国家标准编制说明1、工作简况1.1任务来源根据全国钢标准化技术委员会《钢标委[2011]29号文件》“关于转发国家标准化管理委员会2011年第二批国家标准制修订项目计划的通知”所下达的国家标准修订计划，《金属材料残余应力测定钻孔应变法》标准列入国家标准修订计划，计划编号为20111035-T-605。该标准由武汉钢铁（集团）公司、中国科学院金属研究所和上海出入境检验检疫局、武汉理工大学、武昌造船厂等单位共同负责起草。2.2起草过程残余应力的存在往往对构件（特别是焊接产品）的使用带来重大影响，如加速疲劳断裂，促进应力腐蚀开裂等，了解残余应力大小和分布的主要方法就

2、是应力的测定。可以把现有的残余应力测量方法分成三大类：无损的物性法这一类方法利用材料在应力作用下物理性能发生变化的特点来测定残余应力。例如X射线衍射法和中子衍射法利用材料的晶格常数在应力作用下发生变化形成不同的衍射峰来测定残余应力；磁性法利用材料在应力诱导下产生磁致伸缩效应或Baukhausen噪声来测定残余应力。这类方法的特点是非破坏性和对材料组织结构的过分依赖。破坏或半破坏性的应力释放法利用切割或钻（套）孔使构件中的残余应力得到全部或部分释放，根据释放应变和释放方法求出相应的残余应力大小。此类方法多数利用电阻应变片作为测量敏感元件，测定精度较高。例如全释放应变法将构件彻底切割破坏，使应力得

3、以全部释放，对于应力梯度不大的情况，可以获得十分精确的结果；盲孔法属于半破坏性方法，它要在构件表面钻一盲孔（一般F1.5´2.0mm），在工程上应用较广。这类方法的特点是破坏性和不受材料组织结构控制，对大应力梯度场的测量有误差。无损的（压痕）应力叠加法此类方法和应力释放法相反，采用特定压头压入材料表面，通过压痕获得附加应力场，再根据附加应力场诱导的位移场变化信息来获得残余应力，包括硬度法、纳米压痕法和压痕应变法。但硬度法和纳米压痕法目前只能定性测量，而压痕应变法是其中最具现场应用价值的方法，该方法的特点是非破坏性、方便性和准确性。小孔法是德国人Mather于1934年最早提出的，此后，特别是五

4、十年代以后，许多国家的研究者对此进行了大量的研究。到目前为止，小孔法已在美国、欧洲等许多国家采用，在我国也有许多生产和研究单位采用。美国ASTM于1981年正式颁布了E837-81标准《第9页共9页小孔法测量残余应力标准试验方法，1985年、1989年、1995年、1999年、2001年和2008年又作了六次修改与补充。1)基本原理焊件内部存在残余应力场，在应力场内任意处钻一直径和深度的盲孔后，该处的金属连同其中的残余应力即被释放，同时原有的残余应力也失去平衡。此时盲孔周围将产生一定量的释放应变，其大小与被释放的应力是相应的。测出这种释放应变，即可利用相应的计算公式（柯西公式）反求测点处的原始

5、残余应力。2)测量前准备释放系数标定、附加加工应变的测定、钻孔设备的检查和调整，包括应变仪的使用。3)应变花的处理和粘贴待测构件表面打磨、擦洗检查应变花、用新鲜胶水粘贴应变花（两个互相垂直的应变片分别平行和垂直焊缝方向）4)钻小孔、读应变应变片贴好并固化后连接应变仪，钻Φ1.5X2.0mm小孔，钻后10秒即可从应变仪上读取释放应变。5)计算残余应力按柯西公式或标定公式计算残余应力的主应力和方向。目前钻孔应变法已经在国内外的钢铁、水电、制铝、电力等行业得到大量应用，已被科研院所、高校和生产企业所广泛接受。通过对国内外有关标准及相关文献进行了广泛调研[1～27]，于2012年8月提出《金属材料残余

6、应力测定钻孔应变法》国家标准征求意见稿草案。2.3制定本标准的原则查阅了大量的国内外有关标准及相关文献，可以直接借鉴的现成的国外标准和国内标准有：ASTME837-08“Determiningresidualstressesbytheholedrillingstraingagemethod”NPLmeasurementgoodpracticeguide53“Themeasurementofresidualstressesbytheincrementalholedrillingtechnique”TechinicalNoteTN-503-5,Measurementofresidualstress

7、esbytheholedrillingstraingaugemethod,VishayMeasurementsGroup,1993SL499-2012“钻孔应变法测量残余应力的标准测试方法”CB3395-92“残余应力测试方法钻孔应变释放法”ASTME837-08采用高速钻逐层钻孔逐层测量应变的方法测定各向同性线弹性材料近表面的残余应力，适用于平面应力，且应力梯度较小的情形。MGTN-503-5与