[发明专利]一种深孔法三维残余应力测量方法

说明书

一种深孔法三维残余应力测量方法，属于金属材料加工领域；具体为，先用电火花穿孔机打一个小孔，将钼丝穿过该小孔，再采用电火花加工技术实现沿给定直径的路线完成环向制孔的过程，进而完成残余应力的计算。本发明的沿环向制孔测量残余应力方法，所需设备简单，成本低廉，同时加工过程产生的附加应力和变形极其微小，加工过程中应力释放产生的变形也与轴向制孔存在明显不同。实现在较低的设备投入情况下，获得更加精确的测量结果，这对于该应力测量方法的进一步推广使用具有重要意义。

技术领域

本发明属于金属材料加工领域，具体涉及一种深孔法三维残余应力测量方法。

背景技术

在船舶、核电及航空航天等大型结构的加工制造中，使用大量的中厚板铸件或锻件及其相应的焊接件。当工件内部存在沿厚度方向的应力梯度时，准确测量工件中残余应力的分布规律有利于评定其对产品使用安全性能的影响。对于中厚板工件内部应力测试，最近开始采用的深孔法(DHD，Deep-Hole Drilling Method)相比于中子衍射法或逐层铣削法，具有测试费用低或被测工件破坏性小等优势，且设备简单，易于操作。

目前采用深孔法测量工件内部残余应力的一般实验步骤如图1所示：1)在待测部位的上下表面粘贴衬板，采用枪钻工具沿厚度方向(轴向)钻直径Ф2-3mm的参考孔；2)采用气动探头等工具测量参考孔在不同深度上的2-3个角度方向的初始直径；3)采用套孔工具沿轴向套取与参考孔同圆心的直径Ф10mm的圆柱体；4)测量与步骤2中对应深度和角度的参考孔的直径；5)将套孔前后参考孔径的改变量代入相关公式求解，得到各方向应力沿深度方向的分布规律。

综上可知，为了加工参考孔并将包含参考孔的圆柱体取出，需要使用枪钻工具和套孔设备这两种精度较高且价格十分昂贵的机械装置。另外，为了避免表面机加工过程产生的塑性变形，还需要在钢板上下表面粘贴衬板，也给实验过程造成较大麻烦。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种深孔法三维残余应力测量方法，具体为，利用电火花穿孔机打孔，将钼丝穿过小孔，再采用电火花加工技术+铰刀铰孔技术实现沿给定直径的路线完成环向制孔的过程，进而完成残余应力的计算。

本发明一种深孔法三维残余应力测量方法，具体步骤如下：

步骤1：在工件待测量部位，使用电火花穿孔机打出直径为a的第一孔；

步骤2：将电火花线切割用钼丝穿过所述第一孔，切出与第一孔共轴的直径为b的第二孔；

步骤3：利用铰刀在第二孔中铰出直径为c的参考孔；

步骤4：对于参考孔的不同深度，测量每个深度上2-3个角度方向的孔径；

步骤5：距离参考孔中心6-10mm处，使用电火花穿孔机，打出直径为a的与参考孔轴线平行的第三孔；

步骤6：将电火花线切割用钼丝穿过所述第三孔，环向切出与参考孔共轴的直径为10mm的圆柱体；

步骤7：重复步骤4；测量所述参考孔在与步骤4中相同深度和角度方向上的孔径；

步骤8：计算步骤7对步骤4中每一个深度上每个角度方向的孔径改变量，代入相应公式即可计算出参考孔位置的材料在不同深度不同角度方向的残余应力。

上述的一种深孔法三维残余应力测量方法，其中：

所述步骤1-6中，第一孔孔径a为0.5-1.5mm，第二孔孔径b为1.7-2.7mm，参考孔孔径c为2.0-3.0mm；其中，abc。

本发明优点：