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X射線檢測殘餘應力的優點及意義

更新日期: 2023-01-18
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殘餘應力的產生原因眾多,分布複雜、且檢測困難,在航空、航天、兵器等行業的機械加工領域中,殘餘應力是對工件的尺寸穩定性、應力腐蝕、結構強度及疲勞壽命等指標的主要影響因素之一,同時也是引起變形、開裂等問題的罪魁禍首。

殘餘應力檢測技術及其特點

現有的殘餘應力測量方法主要包括有損檢測(機械法)與無損檢測(物理法)兩大類:前者對試件具有一定破壞性,通過應力釋放的方式可以測得第一類殘餘應力,主要包括盲孔法、剝層法、取條法、切槽法等;後者為非破壞性的檢測方式,包括激光幹涉法、雲紋分析法、X射線衍射法、中子衍射法、磁應力法和超聲法等。

X射線法具有原理成熟(通過測量晶格間距變化求出應力大小)、方法完善、可重複測量、測試精度高、無損等優點,可現場操作並繪製應力雲圖,為目前先進、無損、可靠,切實可行的殘餘應力測定方法,在殘餘應力無損檢測領域具有廣泛性,有助於進行工藝實施前後的效果驗證:

1. 不改變材料狀態,屬無損測量

2. 通過與其它材料剝離、電解拋光方法配合,可實現對殘餘應力的逐層測定,適用於精確測定應力沿層深的分布

3. 通過多點多向測量,可繪製工件應力分布的完整雲圖

4. 應力測量值指導並修正CAE的應力仿真值,可以相對準確、全麵的掌握工件在各個加工環節的應力狀態,並引申得到加工變形情況

不同階段殘餘應力檢測的價值

由於鍛、軋、鑄毛坯的成型過程與工藝方法、工藝參數等因素,殘餘應力幾乎存在於工藝的每個流程。任何階段產生塑性流動(塑性變形)都會導致零件中殘餘應力的狀態發生變化。因此,在各個階段進行殘餘應力檢測,有利於把控工件製造的整體質量,便於發現變形原因。

比如毛坯階段,加工工藝定型後,毛坯殘餘應力的大小和分布規律直接影響最終加工完成後零件的尺寸變形。同批次零件毛坯的應力水平和一致性是加工合格率的關鍵。這個階段進行應力檢測,可從基本上發現問題,以免殘次毛坯再加工,造成巨大浪費。

在工件加工階段,殘餘應力檢測可以在製造早期發現可能有缺陷的部件,並有效縮短識別問題的時間和重新製造部件的成本。對於一些創新性強的公司來說,甚至可以根據殘餘應力檢測建立數據庫,根據大數據,發現不同應力值對工件的影響規律,實時準確監控組件中的應力,以此了解何時製造設備需要維護甚至更換刀具等。

在工件加工製造過程中測量殘餘應力,另一個好處是能夠優化工藝順序,以便使成品部件中具有完好的殘餘應力狀態。許多熱處理過程可以緩解或消除零件的應力,如果在高應力操作之前可以進行熱處理,則可能更好地減少或消除部件中的翹曲現象。

工件服役階段,殘餘應力檢測同樣具有很高的價值。工件投入使用後,應力可能會有所消退。在日常維護期間,對高負載應力的零件進行檢測,可以有效評估零件壽命,進行失效評估,長此以往,可以根據應力自然值判斷是否需要維修或更換零件。

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在標準版本中,機械臂和相關附件安裝在堅固的鋼製手推車上,該手推車裝有所有控製電子設備,用於管冷卻的水冷卻器和個人計算機等。STRESS-X可以在距機械臂中心895 mm的距離下測量位於平台上的樣品或將機械臂移出平台來檢測大型樣品。


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