Залишкове напруження відноситься до внутрішнього стресового стану, який залишається в матеріалі навіть за відсутності зовнішніх навантажень. Цей стресовий стан, як правило, індукується такими факторами, як нерівномірна температура, пластична деформація або зміни фаз під час таких процесів, як обробка, термічна обробка та зварювання. Наявність залишкового стресу суттєво впливає на механічні властивості матеріалу, термін втоми, резистентність до корозії та інші характеристики. Тому точне виявлення залишкового стресу має вирішальне значення для забезпечення якості та безпеки продукції. Ця стаття введе кілька загальноприйнятих методів виявлення залишкового стресу та проаналізувати їх переваги, недоліки та застосовні діапазони.
1. Метод механічних випробувань
Метод механічного тестування - це непрямий підхід для оцінки залишкового напруги шляхом вимірювання невеликих змін розмірів об'єкта. Загальні інструменти, що використовуються, включають датчики штамів, мікрометри та внутрішні мікрометри. Основний принцип цього методу полягає в тому, що коли залишається напруга в матеріалі, його розміри (наприклад, довжина, діаметр тощо) зазнає незначних змін. Точно вимірюючи ці зміни та застосовуючи принципи еластичної механіки, можна оцінити залишкове напруження в матеріалі.
Переваги:
Проста робота та низька вартість.
Низькі вимоги до обладнання, що робить його легким для реалізації.
Недоліки:
Лише здатний виявити залишковий стрес на поверхні матеріалу, з поганою ефективністю для виявлення внутрішніх напружень.
На точність вимірювання впливає різні фактори, такі як вибір точок вимірювання та точність вимірювальних інструментів.
2.Метод сліпої дірки
Метод сліпого отвору - це руйнівна техніка випробування, яка передбачає буріння невеликого отвору на поверхні предмета, щоб звільнити напругу навколо отвору. Потім залишкове напруження виводиться шляхом вимірювання змін деформації до і після проведення отвору. Цей метод був запропонований німецьким вченим Mathar у 1934 році і з тих пір перетворився на відносно зрілий метод виявлення залишкового напруги.
Переваги:
Підходить для вимірювання залишкових стресових полів зі значними градієнтами.
Забезпечує високу точність вимірювання, особливо для вимірювання залишкових напруг поверхневого стресу.
Недоліки:
Це руйнівний метод тестування, який завдає шкоди об'єкту.
Процес вимірювання є складним і вимагає кваліфікованих операторів та спеціалізованого обладнання.
3. Рентгенівський метод дифракції
Метод рентгенівської дифракції використовується для вимірювання залишкового напруги, використовуючи феномен дифракції рентгенівських променів у кристалічних матеріалах. Коли рентгенівські промені спрямовані на кристалічний матеріал, відбувається дифракція, а кут дифракції пов'язаний з константами решітки кристала. Вимірюючи варіацію дифракційних кутів в різних напрямках, можна зробити залишкове напруження в матеріалі.
Переваги:
Неруйнівне тестування, тобто воно не завдає шкоди об'єкту.
Підходить для широкого спектру твердих заготовки з високою точністю вимірювання.
Здатний тестувати під різними кутами в одній точці для виявлення ефектів текстури.
Недоліки:
Обладнання дорого, а операція складна.
Для оператора є певна небезпека випромінювання, що вимагає відповідних заходів безпеки.
Метод досі не повністю зрілий для матеріалів з великими зернами або текстурованими конструкціями, такими як алюмінієві сплави та нержавіюча сталь.
4. Ультразвуковий метод тестування
Метод ультразвукового тестування вимірює залишкове напруження, використовуючи залежність між швидкістю поширення ультразвуку та щільністю матеріалу. Коли ультразвукові хвилі проходять через матеріал, на їх швидкість впливає щільність матеріалу. Вимірюючи швидкість та час розповсюдження хвиль, може бути зроблено залишкове напруження в матеріалі.
Переваги:
Неруйнівне тестування, тобто воно не завдає шкоди об'єкту.
Проста робота та швидке вимірювання.
Підходить для вимірювання стресу у великому діапазоні та у складних структурах.
Висока точність та чутливість.
Недоліки:
Потрібна спеціальна підготовка об'єкта, наприклад, видалення покриттів.
На результати вимірювання впливають різні фактори, такі як температура та структура матеріалу.
Порівняно нова технологія з недостатньою перевіркою ринку.
Метод хімічного аналізу
Метод хімічного аналізу оцінює залишкове напруження шляхом вимірювання змін хімічного складу та мікроструктури матеріалу. Цей метод передбачає хімічну обробку та аналіз матеріалу та вимірювання змін хімічного складу, можна зробити залишковий стрес.
Переваги:
Надає детальну внутрішню інформацію, включаючи хімічний склад та мікроструктуру.
Висока точність вимірювання.
Недоліки:
Висока вартість та складна робота.
Вимагає руйнівної хімічної обробки матеріалу.
Не підходить для всіх видів матеріалів.
6. Метод тестування магнітної пам'яті
Метод тестування магнітної пам’яті виявляє залишкове напруження, використовуючи незворотну переорієнтацію структури магнітного домену металу в областях, пов'язаних зі стресом, явища, відоме як ефект "магнітної пам'яті". Коли метал піддається стресу, його магнітні домени будуть переорієнтовані. Ця переорієнтація залишається навіть після виходу напруги, утворюючи "магнітну пам'ять". Вимірюючи цей ефект «магнітної пам’яті», може бути зроблено залишкове напруження в матеріалі.
Переваги:
Неруйнівне тестування, тобто воно не завдає шкоди об'єкту.
Проста робота, придатна для тестування на місці.
Недоліки:
На точність вимірювання впливає різні фактори, такі як температура та перешкоди магнітного поля.
Застосовується лише для феромагнітних матеріалів; не підходить для неферромагнітних матеріалів.
7.Метод інфрачервоної термографії
Метод інфрачервоної термографії виявляє залишковий стрес, використовуючи теплові ефекти, що утворюються в матеріалі під напругою. Коли предмет піддається стресу, внутрішньо генеруються невеликі кількості тепла. Ці зміни температури можна виміряти та проаналізувати за допомогою інфрачервоної теплової камери. Вимірюючи та аналізуючи ці зміни температури, можна зробити висновок про залишкове напруження в матеріалі.
Переваги:
Неконтактне тестування, тобто воно не завдає шкоди об'єкту.
Підходить для вимірювання стресу на великих ділянках та у складних структурах.
Недоліки:
На точність вимірювання впливає різні фактори, такі як температура навколишнього середовища та випромінювання поверхні матеріалу.
Дороге обладнання та складна експлуатація.
Висновок
Існують різні методи виявлення залишкового стресу, кожен з яких має свої унікальні переваги, недоліки та застосовність. У практичних застосуванні необхідно всебічно розглянути такі фактори, як тип матеріалу, розмір, форма, характеристики розподілу стресу та вимоги до тестування об'єкта, що перевіряється для вибору відповідного методу виявлення. Завдяки безперервному просуванню технології продовжують з'являтися нові методи виявлення залишків стресу, такі як ті, що базуються на технології волоконно -оптичного зондування та методів розпізнавання зображень. Ці нові методи забезпечують свіжі ідеї та інструменти для виявлення залишкового стресу.
Надалі виявлення залишкового стресу все частіше зосереджуватиметься на неруйнівному тестуванні, високій точності, моніторингу в режимі реального часу та інтелекту. Ці тенденції запропонують більш точні та надійні методи виявлення промислового виробництва та наукових досліджень.
