[發(fā)明專利]一種XRD殘余應(yīng)力測(cè)量參數(shù)標(biāo)定裝置和方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201611196386.3
• 申請(qǐng)日: 2016-12-22
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108375438B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄧瑛;張杰;蓋鵬濤;李志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)航空制造技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): G01L5/00
• 分類號(hào): G01L5/00;G01L1/25;G01L25/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明提供了一種XRD殘余應(yīng)力測(cè)量參數(shù)標(biāo)定裝置和方法，其中裝置包括：加載手柄，底座，加載手柄固定端，加載絲杠，力傳感器，試驗(yàn)件夾持移動(dòng)端，滑軌，試驗(yàn)件，試驗(yàn)件夾持固定端，XRD殘余應(yīng)力測(cè)試裝置和力傳感器顯示端。本發(fā)明針對(duì)XRD測(cè)試技術(shù)，提出一種殘余應(yīng)力測(cè)量參數(shù)標(biāo)定裝置和方法，使用大量級(jí)高精度的拉伸/壓縮應(yīng)力傳感器，提高XRD殘余應(yīng)力測(cè)量參數(shù)精度，從而提高零部件殘余應(yīng)力測(cè)試準(zhǔn)確性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及殘余應(yīng)力測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種XRD殘余應(yīng)力測(cè)量參數(shù)標(biāo)定裝置和方法。

背景技術(shù)

零部件的使用安全與材料性能、使用環(huán)境、受載情況等多種因素密切相關(guān)，受載導(dǎo)致零部件內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，根據(jù)時(shí)間相關(guān)性將應(yīng)力細(xì)分為時(shí)變應(yīng)力和靜態(tài)應(yīng)力，其中靜態(tài)應(yīng)力產(chǎn)生途徑可分析靜態(tài)外載荷、殘余應(yīng)力等，后者的產(chǎn)生因素較多，如表面強(qiáng)化、熱處理等。殘余應(yīng)力分為拉伸、壓縮兩種狀態(tài)，一般認(rèn)為拉伸殘余應(yīng)力對(duì)結(jié)構(gòu)使役安全有不利影響而壓縮殘余應(yīng)力則能夠提高結(jié)構(gòu)的使役安全性能，近年來(lái)，隨著結(jié)構(gòu)輕量化發(fā)展趨勢(shì)和制造過(guò)程復(fù)雜程度的增加，制造過(guò)程中引起的殘余應(yīng)力也日漸顯著，由此產(chǎn)生的不合理殘余應(yīng)力所導(dǎo)致的結(jié)構(gòu)失效逐步增加，殘余應(yīng)力已成為制造、使用環(huán)節(jié)關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題之一。

評(píng)價(jià)殘余應(yīng)力的途徑分為有損測(cè)試方法和無(wú)損測(cè)試方法兩個(gè)大類，后者應(yīng)用更為廣泛，其中基于X射線衍射原理（XRD）的殘余應(yīng)力測(cè)試方法是應(yīng)用最為普遍的殘余應(yīng)力測(cè)試技術(shù)，采用相似原理進(jìn)行測(cè)量的方法還有高能射線殘余應(yīng)力測(cè)試技術(shù)，如高能XRD殘余應(yīng)力測(cè)試方法、中子衍射、同步輻射等。上述這些基于射線的測(cè)試技術(shù)原理如下，即將金屬材料的基本構(gòu)成——原子及其排布作為標(biāo)尺，利用電磁波的衍射原理測(cè)量受載后原子之間的距離，將之與受載前原子之間距離進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)原子間間距的變化以及間距變化與應(yīng)力之間的關(guān)系計(jì)算宏觀殘余應(yīng)力。

XRD等殘余應(yīng)力測(cè)試方法中有兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，直接影響殘余應(yīng)力測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性：無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下被測(cè)材料的原子間距；原子間距變化量與宏觀應(yīng)力之間的關(guān)系，材料力學(xué)/結(jié)構(gòu)力學(xué)稱之為彈性模量，XRD測(cè)試中稱之為彈性常數(shù)。在工程應(yīng)用中，XRD測(cè)試方法面臨著許多挑戰(zhàn)，如：隨著制造技術(shù)的進(jìn)步，被測(cè)材料在顯微組織上呈現(xiàn)出微觀不連續(xù)性，被測(cè)材料往往由多個(gè)相組成，XRD測(cè)試過(guò)程中通常只對(duì)一個(gè)相中的原子間距進(jìn)行測(cè)量，這個(gè)相的應(yīng)力-變形規(guī)律與宏觀的彈性模量之間通常存在差異，宏觀數(shù)據(jù)如基于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)件獲得的應(yīng)力-應(yīng)變難以用于提取該參數(shù)；某些合金材料在工程應(yīng)用中，常常在主要組分不變的情況下對(duì)微量組元的含量進(jìn)行微調(diào)，已達(dá)到特殊的用途，這種情況下，材料的彈性常數(shù)將發(fā)生改變，難以從手冊(cè)獲得已有文獻(xiàn)中獲得數(shù)據(jù)；某些情況下，結(jié)構(gòu)中存在的殘余應(yīng)力水平較高，甚至接近材料的屈服極限。

由于結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力對(duì)零部件強(qiáng)度具有顯著影響，而殘余應(yīng)力測(cè)試過(guò)程中存在諸多影響因素，需要一種精確確定結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力測(cè)量參數(shù)的方法，目前常用的修正方法如下：

第一，以四點(diǎn)彎曲法為代表的標(biāo)定方法：這一類XRD測(cè)量參數(shù)標(biāo)定方法采用相同材料的薄片為試驗(yàn)對(duì)象，在薄片的一個(gè)表面安裝應(yīng)變片，在試驗(yàn)件上施加純彎曲載荷，通過(guò)應(yīng)變片采集應(yīng)變信號(hào)，通過(guò)應(yīng)力-應(yīng)變本構(gòu)關(guān)系計(jì)算得到加載應(yīng)力水平，同時(shí)，采用XRD方法測(cè)試另一側(cè)表面應(yīng)力數(shù)據(jù)，通過(guò)將兩類信號(hào)線性擬合，修正XRD測(cè)試裝置中的參數(shù)。

第二，以等強(qiáng)梁為代表標(biāo)定方法通過(guò)設(shè)計(jì)外接近梯形的板狀試驗(yàn)件，試驗(yàn)件通過(guò)懸臂夾持，在試驗(yàn)件自由端施加集中載荷，通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算獲得表面的應(yīng)力，同時(shí)，通過(guò)XRD方法測(cè)試應(yīng)力，通過(guò)將兩類信號(hào)線性擬合，修正XRD測(cè)試裝置中的參數(shù)。

第三，采用薄板狀試驗(yàn)件的標(biāo)定方法，對(duì)板狀試驗(yàn)件施加載荷，在試驗(yàn)件自由端施加集中載荷，通過(guò)數(shù)學(xué)計(jì)算獲得表面的應(yīng)力，同時(shí)，通過(guò)XRD方法測(cè)試應(yīng)力，通過(guò)將兩類信號(hào)線性擬合，修正XRD測(cè)試裝置中的參數(shù)。

當(dāng)前常用的殘余應(yīng)力方法為X光衍射方法，針對(duì)上述列舉的問(wèn)題，常采用四點(diǎn)彎曲法；等強(qiáng)梁法標(biāo)定測(cè)量參數(shù)，標(biāo)定過(guò)程中通過(guò)將特定裝置輸出的載荷數(shù)據(jù)和XRD裝置測(cè)試結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)線性回歸等方法修正測(cè)量參數(shù)，這些測(cè)試方法存在主要不足：