环芯法残余应力测量案例分析

残余应力是指产品在没有外力和力矩的作用下，其内部产生的应力值，这些内部力和力矩通常相互平衡。现在残余应力测量方法有很多，主要方法有盲孔法、环芯法、切割法以及x射线、磁测法等。环芯法属于部分损坏检测法，又称部分释放法。本文主要是介绍环芯法测量残余应力的原理及实际案例分析。

环芯法测量残余应力工作原理

环芯法采用机械应变方法测量残余应力，所依据的标准是JB/T8888-1999。环芯法的基本原理是通过在转子表面加工环形槽，使残余应力得到充分释放。通过粘贴在转子表面的应变片，将电信号通过仪器转换成应变值，最后计算出应力大小和方向。测试前，将应变片粘贴在工件表面上，然后用切槽机在工件表面加工出环形槽，环形槽的直径一般为φ14mm，深度为2mm和4mm，然后读取仪器的数值，最后用公式计算出残余应力的大小。

环芯法实际案例分析

测试件介绍

某低压转子轮盘的材质为25Cr2Ni2MoV，由真空钢锭锻造而成。产品尺寸为φ3000mm*1350mm，重量为85t。根据常规标准，残余应力不得超过屈服强度下限的8%，调质回火后以≤120℃/h的速度冷却，如果残余应力数值符合要求，不需要再进行回火去应力处理。但是对残余应力有较高要求的产品，残余应力值达不到要求，需要采用两次回火的方法，并要求采用分段限速冷却的方法以最大限度释放工作中的残余应力。

应变片粘贴位置

该转子经过性能热处理并冷却到室温后方可测试锻件的残余应力。首先，在工件上选取F、G、H三点作为环芯法的检测点，每两点相隔120°，为确保实验结果的准确，在测点附近选取备用测量点F`、G`、H`。

测试仪器介绍

本文环芯法检测设备采用南京聚航科技有限公司的JHHX环芯法残余应力测量系统，是由JHYC静态应变仪和JHHX精密开槽装置组成的。软件设置后，可自动实时计算残余应力，并实时显示和保存数值，测量直观明了，精度高。

环芯法测试过程

测试前先选定测量点，一般为两点。首先，打磨并去除锻件表面的氧化皮及油污等杂质，表面粗糙度要符合技术条件要求；然后用铁链固定好切槽机，标出粘贴应变片的大概位置，并用酒精将粘贴表面擦拭干净，再用JH-496胶水将应变片粘贴到检测位置上。用导线将应变片与主机连接后。切槽机开始加工环形槽。开始时不能进刀过快，防止刀头过热。每加工1mm，记录稳定后的数据。到达2mm深度时，将设备数据调零，待加工到4mm深度时再记录数据。最后，根据公式计算出残余应力。残余应变值与槽的深度值应该呈线性关系。

测量结果分析

将用环芯法测量该转子锻件后得到残余应力数据汇总成表1。

表1 转子残余应力测试结果

从表上可以看出，使用两点检测法得到轮盘的残余应力值在-6.6-25MPa，负号表示残余应力为压应力，其绝对值不超过30MPa，完全满足技术规范规定。分析后发现，该轮盘锻件的残余应力沿轴线方向呈“中段高、两端低”的分布特点，即G点的残余应力值最大F、H残余应力数值最小。由于两点测试数据基本一致，表明检测结果准确反映了该轮盘锻件的残余应力。

以上案例证明，使用环芯法测量大型锻件的残余应力是可靠的，检测结果能准确反映工件中残余应力的大小。