钻孔应变法测量残余应力的标准测试方法

胡木生、张伟平。 2100433B

水利部水工金属结构质量检验测试中心、广东江海机电工程有限公司等。

残余应力的测试方法很多，按其对于被测构件是否具有破坏性而言，可分为有损侧试法与

无损测试法等两大类。本节介绍有损测试法。

钻孔法、取条法、切槽法、剥层法等都属于有损测试法。这种测试方法的基本原理是将欲

测构件，利用机械加工的方法(如钻孔等)，使其因释放部分应力而产生相应的位移与应变，盆

测这些位移或应变.经换算，得知构件加工处原有的应力。因此，这种测试方法又称为机械侧

试法或应力释放法。

由于采用取条法、切梢法、剥层法等对于被测构件都有较大的破坏性，因此本章重点介绍

钻孔法。

钻孔应力释放及其电侧法(通孔法、盲孔法)

钻孔法的基本原理

钻孔法是由J. Mathar于1932年提出的，其基本思想是在具有残余应力的构件上钻一小

孔，使孔的邻域内山于部分应力释放而产生相应的位移与应变，测量这些位移或应变，经换算

得钻孔处原有的应力。"para w43df6" label-module="para">2100433B

1.盲孔法残余应力测量

它的原理是在平衡状态下的原始应力场上钻孔 ，以去除一部分具有应力的金属，而使圆 孔附近部分金属内的应力得到松弛，钻孔破坏了原来的应力平衡状态而使应力重新分布，并呈现新 的应力平衡，从而使圆孔附近的金属发生位移或应变，通过高灵敏度的应变仪，测量钻孔后的应变 量，就可以计算原应力场的应力值。

残余应力检测仪主要采用盲孔法进行各种材料和结构的残余应力分析和研究，还可作为在静力强度研究中测量结构及材料任意点变形的应力分析仪器。如果配用相应的传感器，也可以测量力、压力、扭矩、位移和温度等物理量。它以计算机为中央微处理机，采用高精度测量放大器、数据采集和处理器，测量中无需调零，可直接测出残余应力值的大小及方向，实现了残余应力测量的自动化。

2.磁测法残余应力测量

磁测法残余应力检测法主要是通过磁测法来测定铁磁材料在内应力的作用下磁导率发生的变化确定残余应力的大小和方向。众所周知，铁磁材料具有磁畴结构，其磁化方向为易磁化轴向方向，同时具有磁致伸缩性效应，且磁致伸缩系数是各向异性的，在磁场作用下，应力产生磁各向异性。磁导率作为张量与应力张量相似。通过精密传感器和高精度的测量电路，将磁导率变化转变为电信号，输出电流（或电压）值来反映应力值的变化，并通过装有特定残余应力计算机软件的计算机计算，得出残余应力的大小、方向和应力的变化趋势。

3.X射线衍射法残余应力测量

在各种无损测定残余应力的方法之中，X射线衍射法被公认为最可靠和最实用的。它原理成熟，方法完善，经历了七十余年的进程，在国内外广泛应用于机械工程和材料科学，取得了卓著成果。

X-射线应力测定仪是一种简化和实用化的X射线衍射装置，因而它还有一项附加的功能──测定钢中残余奥氏体含量。由于它适用于各种实体工件，而且能够针对同一点以不同的φ角、Ψ角进行测试,以探测织构的影响，这项功能便具备了重要而独特的用途。

盲孔法残余应力检测法就是在工件的被测部位贴上应变花（计），通过在应变花（计）中心打一个Φ2mm左右的小盲孔引起残余应力的释放，同时，由残余应力测试仪将这种释放量测出并通过计算得出该部位的残余应力大小和方向。