关于表面残余应力检测的钻孔应变法及其相关的GB/T31310标准,以下是对该方法的详细解释:
一、检测方法概述
钻孔应变法,又称小孔释放法或盲孔法,是一种通过在被测材料上钻一小孔(盲孔)来释放其内部的残余应力,并通过测量小孔周围的应变变化来推算残余应力的方法。该方法具有操作简单、测量方便、对构件损伤程度小等特点,特别适用于测量金属材料(包括焊接件)面内应力梯度较小的应力状态。
二、GB/T 31310标准
GB/T31310-2014是关于金属材料残余应力测定的标准,其中详细规定了采用钻孔法测定金属材料(包括焊接件)各向同性线弹性材料近表面残余应力的方法。该标准提供了钻孔法检测焊接件残余应力的详细步骤和要求,包括准备阶段、钻孔阶段、测量阶段和计算阶段等。
三、检测步骤
准备阶段:确定测量区域,清理表面,粘贴应变片或安装机械引伸计,并记录原始读数。粘贴应变片前,试样表面应打磨,但不能破坏原有残余应力场。
钻孔阶段:使用专用的钻孔装置,在应变片或机械引伸计附近钻一小孔(盲孔),孔径和孔深需按照标准规定进行。通常,钻孔直径约1.5毫米至2毫米,钻孔深度等于或略大于孔径(如孔深为孔径的1.2倍时,应变近于完全释放)。
测量阶段:钻孔后,测量并记录应变片或机械引伸计的读数变化,这些变化反映了由于钻孔导致的应力释放。
计算阶段:根据应变片测量的释放应变和已知的释放系数A、B(通过标定试验获得),利用弹性力学原理推算出残余应力。释放系数A、B是钻孔法测量残余应力的关键参数,直接决定了应力检测数值的准确性。
四、注意事项
钻孔深度和孔径的选择需根据被测材料的厚度和应力状态来确定,以确保测量结果的准确性。
释放系数的确定需要通过标定试验来完成,且标定过程中应注意避免孔周边发生大的塑性变形,否则需要对数据进行修正处理。
在测量过程中,需要考虑各种因素(如温度、湿度、应变片的粘贴质量等)对测量结果的影响,并进行相应的误差修正。
五、应用范围与限制
钻孔应变法适用于测量金属材料(包括焊接件)近表面的残余应力,特别适用于面内应力梯度较小的应力状态。由于该方法仅能通过测量小孔周围的应变变化来推算残余应力,它只能测量材料近表面的残余应力,无法测量材料内部的残余应力。钻孔法会对被测材料造成一定的损伤,仅适用于在工件上钻孔或钻孔后经焊补修磨并不严重影响其使用功能的情况下使用。
GB/T31310-2014《金属材料残余应力测定钻孔应变法》为焊接件残余应力的检测提供了科学、准确的方法。在实际应用中,需要严格按照标准规定的步骤和要求进行操作,以确保测量结果的准确性和可靠性。