Eigenspannungen sind einer der wichtigsten Einflussfaktoren auf die mechanischen Eigenschaften von Bauteilen. Es ist notwendig, die schädliche Eigenspannung zu reduzieren und den Verteilungstrend und den Wert der Eigenspannung vorherzusagen. In diesem Artikel wird diezerstörungsfreie PrüfungDie Methode der Eigenspannungsprüfung wird eingeführt.

1 Ultraschallverfahren

Das Ultraschallverfahren basiert auf den Ausbreitungseigenschaften von Ultraschallwellen im Inneren des Materials, d. h. die Zugspannung führt dazu, dass die Ausbreitungszeit der Schallwellen länger und die Schallgeschwindigkeit langsamer wird, und die Druckspannung ist das Gegenteil und die Spannung wird anhand des akustischen Doppelbrechungseffekts gemessen, der durch Spannung verursacht wird. Die durch Spannungsänderungen verursachte Änderung der Schallgeschwindigkeit ist sehr gering, 100 MPa verursachen nur eine Änderung der Schallgeschwindigkeit von etwa 0,1 %. Die kritische gebrochene Longitudinalwelle (LCR) ist eine gebrochene Longitudinalwelle mit einem Brechungswinkel von 90 Grad, die am empfindlichsten gegenüber Spannungen ist und am häufigsten verwendet wird. Die Spannungsberechnungsmethode der LCR-Welle lautet wie folgt:

Die Ultraschall-Penetrationsfähigkeit ist stark und die Restspannung innerhalb der Komponente und des Tisches kann zerstörungsfrei erkannt werden. Das Ultraschallprüfgerät ist leicht zu transportieren und kann für Messungen im Freien und vor Ort verwendet werden. Allerdings erfordert die Ultraschallmethode bei der Spannungsmessung ein Kalibrierungsexperiment und wird durch die Dickenänderung der akustischen Kopplungsschicht zwischen Sonde und Bauteil, die Struktur des Bauteilmaterials und die Umgebungstemperatur beeinflusst.

2 Röntgenbeugungsmethode

Die Röntgenmethode wurde 1929 von russischen Wissenschaftlern vorgeschlagen. Nach Jahren der Entwicklung sind die theoretischen und praktischen Messmethoden relativ ausgereift und es ist derzeit die am weitesten verbreitete Methode zur zerstörungsfreien Eigenspannungsprüfung.

(1) Prinzip

Die Eigenspannungsmessung mittels Röntgenbeugung basiert auf der Theorie der Röntgenbeugung. Wenn ein Röntgenstrahl mit der Wellenlänge λ auf die Oberfläche eines Kristalls fällt, empfängt er das von der Spitze des Röntgenstrahls reflektierte Licht in einem bestimmten Winkel (2θ), was das Phänomen von istRöntgenbeugung.Darunter entsprechen der Beugungswinkel 2θ, die Wellenlänge λ des Röntgenstrahls und der Abstand d der Beugungskristallebene dem berühmten Bragg-Gesetz: 2dsinƟ=nλ.

Wobei K die elastische Konstante ist, kann bei Auswahl der Wellenlänge des einfallenden Strahls (λ ist sicher) durch Messung des Beugungswinkels θ der Abstand zwischen den Kristallflächen nach der Belastung aus der Bragg-Gleichung und dann dem entsprechenden Wert ermittelt werden Der Eigenspannungswert kann ermittelt werden. Es sollte hier darauf hingewiesen werden, dass sich die elastische Konstante K aufgrund der Anisotropie des Kristalls im makroskopischen Sinne vom Elastizitätsmodul E unterscheidet und die elastische Konstante K entsprechend der ausgewählten diffraktiven Kristallebene berechnet werden muss.

1961 kombinierte der deutsche Gelehrte Macherauch die Elastizitätstheorie und die Bragg-Gleichung, um die sin2ψ-Methode zur Messung der zweidimensionalen Restspannung vorzuschlagen:

Entsprechend der geometrischen Beziehung zwischen der ψ-Ebene und der 2θ-Scanebene des Goniometers kann es in zwei Testmethoden unterteilt werden: Co-Tilt-Methode und Seitenneigungsmethode, um die Oberflächenspannung des Werkstücks genau zu erfassen.

3 Neutronenbeugungsmethode

Die Neutronenbeugungsmethode ähnelt der Röntgenbeugungsmethode, die Eindringtiefe der Neutronen ist jedoch größer, sodass die Restspannungsverteilung innerhalb des Schüttguts (in der Größenordnung von Zentimetern) erfasst werden kann. Die Genauigkeit des Neutronenbeugungspeaks beträgt wird von der Beugungsintensität beeinflusst, die hauptsächlich von der Testzeit unter bestimmten Bedingungen wie der Reaktorleistung abhängt.BeugungskristallOberfläche und Messvolumen.

4 Magnetische Methode

Derzeit werden zwei magnetische Methoden verwendet: die Methode des magnetischen Rauschens und die Methode der magnetischen Dehnung. Das Grundprinzip der magnetischen Rauschmessung besteht darin, den magnetostriktiven Effekt ferromagnetischer Substanzen zu nutzen. Die Spannung führt zu einer Änderung des Domänenwandabstands des ferromagnetischen Materials, was sich auf die Stärke des von Barkhausen ausgesendeten Signals auswirkt. Die Methode der magnetischen Dehnung besteht darin, die magnetische Anisotropie des Materials zur Messung der Spannung zu nutzen. Bei Stress verändert sich die Durchlässigkeit entsprechend. Während der Messung ändert sich der magnetische Widerstand der vom Sensor und der Oberfläche des Materials gebildeten Magnetschleife, und dann ändert sich der Magnetfluss der Magnetschleife, wie in Abbildung 5 dargestellt.

Mit der Methode der magnetischen Dehnung können große Restspannungen (mehr als 300 MPa) nicht gemessen werden, und die Beziehung zwischen Spannung und Permeabilität ist nichtlinear. Die magnetische Methode verfügt über eine kleine Ausrüstung, einfache Testschritte und eine schnelle Messgeschwindigkeit, aber es ist schwierig, den Mehrpunkt-Spannungswert direkt zu messen, und kann nur die quantitative Beziehung zwischen der Hauptspannungsdifferenz an einem einzelnen Punkt und den magnetischen Messparametern messen .

In verschiedenen Industriebereichen ist die Technologie und Anwendung von Eigenspannungsprüfungwurden hoch geschätzt, aber es gibt derzeit nur wenige Testmethoden, und jede Testmethode weist bestimmte Einschränkungen auf. Derzeit sind die meisten Anwendungen die Röntgenbeugung. Als zerstörungsfreie PrüfmethodeRöntgenkann nur in der dünnen Schicht der Oberfläche gemessen werden und die Anforderungen an die Testoberfläche sind hoch.