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振动时效效果检测鉴定方法大全

更新时间:2020/10/30  点击数:129


振动时效处理过的构件,需通过一定的评价 方法以表征其时效效果,具体指对残余应力的降 低、调控,构件抗变形能力的提高以及尺寸精度的 提高等[38]。现阶段,振动时效技术的理论基础仍有 待进一步研究,其效果难以精确测定,且没有统一 的标准。目前,已有参数曲线观测法、精度稳定性 检测法和残余应力测量法用于时效效果的评定。

参数曲线观测法
当构件中存在的残余应力幅值或分布发生改 变时,其自身振动状态将随之变化,因此通过测量振动时效过程中的实时振幅-时间曲线的变化及振幅-频率曲线振动前后的变化可以定性评估振动时效的效果。振动参数曲线可能发生的变化为:
(a) 振幅时间(a-t)曲线上升后变平或曲线上升后下降最后变平;
(b) 振幅频率(a-f)曲线振后的峰值升高;
(c) 振幅频率(a-f)曲线振后的峰值点偏移;
(d) 振幅频 率(a-f)曲线振后的谐振带宽变窄[39-40]。

当出现如图 所示的四种情况之一,并且振动时效后幅频曲线形 貌较振前简洁且光滑时,即可定性判定为达到了振 动时效效果。

 

精度稳定性检测法

由于振动时效后残余应力重新分布,导致宏观尺寸发生变化,通过检验振动时效前后工件尺寸精度的稳定性来确定时效效果。通常需要长期放置并 定期进行检测,且检测仪器要求精度较高以准确监 测到宏观尺寸的微小变化,该方法效率较低,不适合大规模采用。


残余应力测试法
直接测试测量构件残余应力在振动前后的变 化情况,是评估振动时效效果的方法之一[41]。这种 方法可以定量判断残余应力的消除情况,能够定量 检测超声振动时效的效果。残余应力检测方法可分 为有损检测法和无损检测法。

1 有损检测方法
有损检测的测量原理是通过材料移除过程中 完全或部分释放应力时产生的位移来推断出原始 应力,这类方法依赖于变形量的测量,而变形量是 由于材料在移除试样的过程中导致残余应力的释 放形成的。常见的检测手段有切片法、轮廓法、盲 孔法、环芯法和深孔法等,其他不常用的还包括切 除法、分裂法、曲率法、剥层应变法、开槽法等。由于有损检测方法会对构件造成一定程度的损伤,通常适用于做小批量的实验,不适于大规模的工业应用。

2   无损检测方法
X 射线衍射法:该方法是目前最常用的残余应 力无损检测方法,测定的是表面 10 μm 左右的表 面应力。其基本原理是通过测量晶格的应变情况来 计算应力,晶格应变可通过 X 射线衍射法检测[49-50]。 X 射线衍射法检测区域仅限于材料表面和亚表面的 晶格结构,检测时要求对材料表面进行化学清洗使 晶体裸露出来,检测结果的准确性受晶粒尺寸、表 面粗糙度和表面曲率等因素的影响较大,也受到仪 器设备体积重量的制约和操作复杂性的限制。

中子衍射法:
检测原理与 X 射线法相似,不同的是中子具有很强的穿透能力,因此可以检测较 大固体材料内部的残余应力。但是中子源的流强较 弱,测量时间长,中子衍射测量需要样品的体积大, 空间分辨率较差(通常中子法分辨率为10mm2,X 射线分辨率为 0.1  mm2)[53-54],中子反应堆建造和运 行费用昂贵,很难普及,无法在工业现场实时大规 模测量。

磁性法(磁测法):
称为巴克豪森噪声法(Barkhausen Noise Method,BNM),当铁磁材料受到外界激励磁 场作用后,磁畴壁将被迫发生前后移动,导致相对 另一侧的磁畴壁尺寸的变化,并引起磁感应强度的 变化。通过电磁感应原理测量磁感应强度的变化可获得一种类似噪声的电信号,即巴克豪森噪声 (BN)。材料应力和磁场的变化都会影响 BN 值。 如果在磁畴中应力和磁场产生同向的效应,BN 值 将增大;如果在磁畴中应力和磁场产生相反的效应,BN 值将会减小,导致较大的测量误差。BN 值的大小与杂质含量和晶格位错等有关,这种方法 只适用于铁磁材料,检测精度受材料显微结构的影响较大,还受位移间隙、表面粗糙度、材料剩磁 和环境磁场等因素的影响,目前定量校准和残余应力量化检测困难,实际现场应用也受到一定限制。

涡流检测法:
该技术建立在电磁感应原理基础上。在检测时,将接通有交流电的线圈靠近被测 金属,通过电磁感应作用,交流线圈产生的交变磁 场在被测金属内建立涡流,该涡流也会在被测金属 内部产生自己的磁场,该涡流磁场反过来影响线圈 的电压、阻抗以及磁场强弱。由此可见,涡流检测 技术主要是根据材料形变、电阻率和磁导率等的变 化进行测试。残余应力的存在会导致被测件电阻率、磁导率发生改变。用涡流检测残余应力目 前还处于不成熟阶段,一般只见于实验室环境下, 且只能检测能够产生涡流效应的导电导磁材料,适 用范围窄,受外界环境影响较大,检测精度较低。 拉曼光谱法:利用拉曼散射原理,当材料受到 应力作用时,晶格结构的变化将反映到其振动频率 的改变,因此拉曼散射相对入射光的频移也将相应 改变,根据应力与散射光拉曼光谱谱线的频移的关系就可计算晶体内部所受的应力。

超声法:
超声法检测残余应力是根据声弹性 理论,当材料内部产生残余应力时,超声波的传播 速度、频率、振幅、相位和能量等参量将发生变化,相比其它残余应力无损检测方法,超声波法具有检 测速度快,对人体无辐射伤害,成本低,拥有较佳 的空间分辨率和较大范围的检测深度,可现场手持 便于携带,能够完成表面及次表面宏观残余应力大 小与拉压状态的检测等诸多优势

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