[发明专利]一种利用超声波驱动钻孔的工件残余应力检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种工件残余应力检测方法，具体地说是一种利用超声波驱动钻孔的工件残余应力检测方法。

背景技术

工件在制造过程中，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响，如经过焊接、铸造、切削机械加工等工艺过程，往往会在工件内形成残余应力，这势必会引起材料变形，降低构件的极限强度和疲劳强度，甚至会产生裂纹和脆性断裂等，从而影响工件的正常使用性能。因此如何检测和评估工件内的残余应力显得尤为重要。

残余应力的检测方法分为无损检测和有损检测两类，其中有损检测主要有盲孔法、切条法、剥层法等。其中盲孔法是由德国人Mathar于1934年提出的，后经Soete与Vancombrugge等人的发展，大大提高了其检测精度，目前盲孔法其原理清晰、设备简单等优点，在残余应力检测中获得了最为广泛应用。盲孔法检测的残余应力是被测物体自身的残余应力，其要求在被测物体上钻孔，以释放残余应力，这种残余应力是固有的，不应该被外界所干预或改变，然而现有技术，在钻孔操作这一环节中存在以下这些较大问题，会导致测试数据的不准确。

1、在钻孔时，被测材料处于塑性流动状态，钻头周围存在复杂的压缩性变形，这样会带来切削附加应力，会引起被测点残余应力较大的检测误差。

2、不论是采取手动进给的方式还是自动进给的方式钻孔，现有技术施加的纵向切削力均较大，导致被测工件残余应力读数偏大，尤其是采用手电钻的方式钻孔，施加的力不可控，若用力较大，测量的残余应力数值会比实际值大几倍甚至更多。

3、切削力较大，很容易造成应变花中心的孔边缘变形和损坏，同样会得到不准确的残余应力数值。

4、钻孔时产生较多的热量，金属受热之后热膨胀，从而发生塑性变形，其中最主要的误差来源于孔边缘的塑性变形。

5、再者由于被测工件与应变花是通过胶水连接的，钻孔过程中产生的附加热，会导致被测工件与应变花开裂等不良影响，造成检测的残余应力数值与实际数值的偏差。

发明内容

本发明为了减小切削力，降低钻孔本身带来的附加应力和附加热，提供一种利用超声波驱动钻孔的工件残余应力检测方法，从而减小测量残余应力所带来的误差。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种利用超声波驱动钻孔的工件残余应力检测方法，包括以下检测步骤：

步骤01)，打磨工件测试点表面；

步骤02)，将应变花粘贴到打磨位置；

步骤03)，应变花与接线端子连接，并连接到应变仪的相应通道上；

步骤04)，将平面钻台移至试样表面上，在平面钻台上安装高精度显微镜并通过高精度显微镜校准位置；

步骤05)，拆卸高精度显微镜并安装超声波电主轴；

步骤06)，待电脑显示屏上的残余应力数值稳定后，将残余应力数值修正调零；

步骤07)，开通超声波电主轴驱动模块的电源后，再开通定位驱动模块的电源，按程序控制钻孔进给速率和转速；

步骤08)，完成钻孔后，待数值稳定后进行记录并保存。

为优化上述技术方案，本发明还包括以下改进的技术方案。

上述的步骤01)中先用砂轮将工件测试表面进行粗加工，再用粗砂纸打磨，最后用细砂纸精打磨，测试点需打磨到光滑、平整，在打磨过程中不能破坏原有残余应力场。

上述的步骤02)中的应变花与工件测试点完全贴合，并且平整。

上述的步骤03)中应变花上的0°、45°和90°三个方向分别与残余应力检测仪上的通道对应。

上述的步骤04)中高精度显微镜中的栅格线对准应变花中心位置。

上述的步骤05)中取下高精度显微镜后，将超声波电主轴安装在该位置，通过调整定位齿条和定位齿轮的啮合进而调整超声波驱动钻头与应变花之间的距离。

上述的步骤06)中在观察电脑显示屏上的残余应力数值稳定后，进行清零操作。

上述的步骤07)中，超声波电主轴的转速为1000-20000rmp；超声波电主轴的频率为19-60KHz；超声波电主轴的振幅为1-15μm；超声波电主轴的输出功率为10-300W；超声波电主轴的进给速率为0.05-0.5mm/s。