[實用新型]電解拋光——X射線應力分析測試平臺

有效

• 申請號: 201720561530.2
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN206906117U
• 公開（公告）日: 2018-01-19
• 發明（設計）人: 李曉延;孫魯陽;申博文;吳奇
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: G01N1/32
• 分類號: G01N1/32;G01N23/207
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司11203
• 代理人: 張立改

技術領域

本實用新型屬于材料焊接殘余應力無損測試領域，開發了表面處理與X射線應力分析綜合處理的平臺；該平臺適用于焊接結構的表面電解拋光與應力測量，并涉及其使用方法。

背景技術

近年來，隨著我國工業技術的迅速發展，我國的制造業如汽車、船舶、電站、航空航天等諸多領域對焊接結構的多樣化、復雜化和可靠性提出了越來越嚴格的要求。焊接作為材料加工的重要組成部分，與螺栓連接和鉚接相比有著質量輕、密閉好、強度高等諸多優點，其相關的工藝、結構設計以及性能分析一直以來備受關注。焊接技術是同種或異種材料通過加熱或者加壓或者兩者并用，使用或者不適用填充材料，使工件的材質達到原子間結合而形成永久性連接的工藝。由此可見，焊接過程是一個局部不均勻加熱的過程，經過焊接熱源局部加熱后的焊接結構內部會產生熱應力，經過熱過程的金屬由于微觀組織發生變化(相變應力)或者由于導熱傳熱的不同在結構的約束下產生焊接結構的內部變化，并由此產生焊后殘余變形和殘余應力。隨著焊接結構的復雜程度的提高，結構中的約束變大大，結構內部的殘余應力和變形現象也更加明顯，殘余應力對整個焊接結構的可靠性的影響就更明顯。由焊接殘余應力引發的工藝缺陷(例如熱裂紋、應力腐蝕等)將會影響到結構的剛度、強度、疲勞壽命和尺寸穩定性，從而導致結構的可靠性降低。在新材料種類繁多、焊接結構越發復雜、焊接工藝越發先進、焊接產品可靠性要求越發嚴格的今天，對焊接結構殘余應力的有效分析是焊接技術發展的重要環節。

為了對焊接結構對焊后殘余應力進行更有效地、精確地分析，許多殘余應力的測試方法應運而生。對于測試方法的分類從大的方向可以分成有檢測方法和無損檢測方法。有損檢測方法的原理是首先在需要測量殘余應力的位置周圍貼上應變片或者應變計，然后將需要測試殘余應力的部分剝離出來或者分割出來，通過應變片測量材料分離前后的應變的變化量來計算測試點的殘余應力，因為是通過宏觀表征的應變來進行計算殘余應力，因此其測試精度較高，但是對材料進行了破壞，影響到焊接產品的正常使用，且無法對同一個位置進行重復性試驗，由于需要事先安裝應變片且需要進行材料分離。因此對材料幾何結構有一定的要求，有損檢測方法主要包括鉆孔法(盲孔法)、環芯法、切割取條法、深孔法等等。無損檢測方法是利用材料的物理特性與應力應變的關系，通過測量材料的某些物理參數的變化來計算材料的殘余應力。無損檢測方法主要包括X射線衍射法、中子衍射法、磁性法、超聲法。其中X射線衍射法和中子衍射法都是通過直接對微觀晶格應變得到的衍射結果，再通過微觀晶格變形與宏觀應力的關系計算出殘余應力的數值。應用這種原理的測量方法不需要破壞材料，通過找到與被測材料相匹配的靶材并通過調節射線的入射角、射線強度、搖擺角等參數，即可對材料的殘余應力進行有效的測量。這種方法的優點是避免了材料的破壞，不影響產品的正常使用，可以多次重復性測量，射線斑點直徑小、測試探頭靈活，對材料的幾何形狀基本沒有特殊要求，更加適用于對各種焊接結構的應力測量和分析。缺點是由于通過測量微觀的晶格畸變，因此測量的準確性相對較低；斑點直徑較小，對材料的表面的光潔度、粗糙度均有較高的要求。綜上所述，推動無損檢測法中的X射線衍射方法進一步發展是具有深遠意義的。

為了解決X射線應力分析前對材料表面的處理，并在處理后可以立即進行相應表面處理位置的應力分析的問題，亟需設計一種測試平臺，既能夠靈活且精確地處理材料表面的粗糙度，又可以在處理后進行X射線應力分析，同時實現兩種功能，為X射線應力分析的簡便化提供良好的途徑。為此，本實用新型建立了電解拋光—X射線應力分析測試平臺，以及其使用方法。

實用新型內容

本實用新型的目的在于建立一個材料表面處理與X射線應力分析兩個功能綜合的測試平臺。其中對于材料的表面處理方法采用電解拋光，即在電解質溶液環境中，通過控制電解拋光時間，材料表面的微小突起(不平整的部分)會先行溶解，不平整的部分附著的油污、銹漬會電解到電解質溶液中，則整個材料表面趨于平整光潔，便于進一步X射線應力分析。通過調整X射線的射線強度和衍射角度，找到適合與待測材料匹配的衍射參數從而得到優良的衍射峰，通過計算得出測試點的殘余應力，從而得到準確的殘余應力。

本實用新型建立了一個測試平臺，該平臺由三個主要部分組成：平臺的支撐結構、旋轉測試臺結構、電解拋光支架結構。