螺栓殘余應力怎么測？X射線衍射法

螺栓表面有殘余應力：冷鐓、滾絲、熱處理、噴丸都會留下殘余應力。殘余壓應力是好事，殘余拉應力是壞事。想量化地知道螺栓表面殘余應力是多少，常用的手段是X射線衍射法。今天講講這個方法。

什么是殘余應力

殘余應力是材料在沒有外載荷的情況下內(nèi)部存在的應力。它來自加工過程的不均勻變形：冷鐓時表面和心部變形不同步，淬火時表層和心部冷卻速度不同，滾絲時表面被碾壓，這些都會留下殘余應力。

表面殘余壓應力能抵消一部分工作拉應力，提高疲勞強度；表面殘余拉應力會疊加在工作應力上，降低疲勞強度，甚至引發(fā)應力腐蝕。所以測殘余應力、控制殘余應力，對螺栓質(zhì)量很重要。

X射線衍射法測殘余應力的原理

X射線衍射測殘余應力的原理：X射線照射到材料表面，晶體晶面產(chǎn)生衍射。材料有應力時，晶面間距會變化，衍射峰的位置也隨之移動。通過測量不同方向的衍射峰位移，就能算出該方向的殘余應力。

這個方法測的是表面幾微米到幾十微米深度內(nèi)的應力，非破壞性，是表面殘余應力測量的標準方法。

X射線衍射法測螺栓的步驟

第一步，表面準備。測量表面要清潔，但不能用機械打磨，用化學清洗或電解拋光去除污染層。

第二步，布點。按螺栓圓周方向均勻布幾個測點，比如0°、90°、180°、270°，螺紋牙底和牙頂可以分別測，了解應力分布。

第三步，測量。X射線衍射儀對準測點，設置測量參數(shù)，采集衍射數(shù)據(jù)，軟件自動計算殘余應力值。

第四步，數(shù)據(jù)分析。輸出應力值，和設計要求對比。

什么場景需要測螺栓殘余應力

一是工藝驗證：滾絲、噴丸、熱處理工藝調(diào)整后，驗證表面殘余應力是否符合預期。

二是失效分析：螺栓斷裂原因不明時，測斷口附近殘余應力，判斷是否殘余拉應力過大。

三是質(zhì)量抽檢：高端螺栓出廠前抽檢殘余應力狀態(tài)。

四是研究開發(fā)：新工藝開發(fā)時了解應力狀態(tài)，優(yōu)化工藝參數(shù)。

測殘余應力要注意什么

X射線衍射測的是表面應力，想知道深層應力要用電解剝離逐層測；測量結(jié)果受表面粗糙度、晶粒大小影響；儀器要定期用標準應力樣塊校準；測量和數(shù)據(jù)分析要由專業(yè)人員操作。

殘余應力測量是螺栓質(zhì)量控制的高級手段，一般企業(yè)做工藝驗證時用一次，不需要每批都測。但它對理解螺栓失效、優(yōu)化工藝非常有用。

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