薄壁零件殘余應力的渦流法檢測

陳繼平

（山西省水利職業技術學院，太原030027）

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薄壁零件殘余應力的渦流法檢測

陳繼平

（山西省水利職業技術學院，太原030027）

摘要：薄壁零件目前廣泛應用于航天、航空領域，且在機械加工、使用性能方面都有一定要求。要使薄壁零件具有一定的高溫承載能力，就需要注意機械加工過程所產生的應力對薄壁零件性能的影響。渦流檢測具有肌膚效應，通過渦流檢測方法來檢測薄壁零件的加工殘余應力，其結果能更好地反映其內部應力值大小。

關鍵詞：薄壁零件殘余應力渦流

目前，通過利用檢測磁信號進行無損檢測是比較常用的方法。進行殘余應力檢測時，需要較強的磁信號才能反映出材料的內部結構變化。所以，對于主要依靠的磁場的金屬磁記憶檢測方法便不再適用，而巴克豪森檢測受材料顯微組織（硬度等）的影響較大。渦流檢測受肌膚效應的影響，在較高激勵頻率下，滲透深度較淺，能較好反應薄壁零件的內部應力分布情況，因而本論文選擇渦流檢測法薄壁零件進行對殘余應力檢測。

1 薄壁零件應力分析

由于強度低，薄壁零件在外力作用下容易發生彎曲變形。這里主要分析純彎曲和剪切彎曲兩種變形情況。

（1）純彎曲試件殘余應力分析。在試件中間施加拉力，如圖1所示，在材料下表面產生拉應力，上表面產生壓應力。有研究證明，對材料施加拉力，在拉伸側表層發生塑性伸展，卸載后存在殘余壓應力［1］；而壓縮側發生塑性壓縮，卸載后為殘余拉應力。為了得到其所對應的殘余應力值的大小，在試件卸載后，要對該試件進行重新加載。二次加載方式為緩慢加載，同時對試件表面的磁特性進行實時測量。當磁特性信號與初時值相同時，施加的拉力值大小即反映了試件表面殘余應力值的大小［2］。

圖1 純彎曲試件殘余應力分析示意圖

（2）剪切彎曲試件殘余應力分析。選用如圖2所示的懸臂梁模型，在端部施加載荷P。在載荷P作用下，梁上部受拉，下部受壓。拉力釋放后，由于塑性變形的作用，分別在上部產生殘余壓應力，在下部產生殘余拉應力。這里，可以通過選擇測量懸臂梁中間位置的磁來檢測該截面的殘余應力分布［3-4］。

2 渦流檢測過程及結果

試驗中，由于一定大小的殘余應力場較難控制，因此選擇對薄壁零件施加一大小固定、分布均勻的應力場進行測試。要獲得薄壁零件內部殘余應力分布情況，可以通過改變渦流探頭激勵頻率來檢測其變化，也可以嘗試通過改變檢測時渦流探頭的提離高度來分析其變化。檢測過程如下：

（1）選擇一初始應力狀態，將渦流檢測信號歸零；

圖2 懸臂梁模型殘余應力分析示意圖

（2）在應力狀態不變的情況下，通過改變渦流探頭激勵頻率進行信號采集；

（3）改變應力狀態，重復（5）過程；

（4）在同一應力狀態、同一激勵頻率下，通過改變渦流探頭提離高度進行信號采集；

（5）改變探頭激勵頻率，重復（4）過程。

圖3 有效電壓隨激勵頻率變化情況

通過對檢測結果進行分析，可以發現：

（1）渦流探頭激勵頻率過低，渦流檢測信號對應力的變化辨識度不高；激勵頻率過高時，受肌膚效應影響，渦流檢測信號只能夠反映出試件表面應力值的變化，不能夠反映其內部應力分布情況，因而渦流檢測信號隨激勵頻率變化不大（見圖3）。

（2）在相同的應力狀態和激勵頻率下，渦流檢測信號隨探頭提離高度的增大變化比較明顯。當提離高度過大時，渦流檢測信號主要受外部環境影響比較大，在探頭激勵頻率作用下變化不明顯，不能反映試件內部應力分布情況（見圖4）。

圖4 有效電壓隨提離高度變化情況

可見，在使用渦流檢測方法對薄壁零件進行應力檢測時，渦流檢測探頭應該在較低的提離高度下進行信號采集，同時應該選擇中頻檢測探頭進行檢測。要注意，探頭激勵頻率不能過低，也不能過高。

參考文獻

［1］張定栓，何家文.材料中殘余應力的X射線分析和作用［M］.西安：西安交通大學出版社，1999.

［2］A.Pulnikov.Investigation of Residual Stresses By Means of Local Magnetic Measurement［J］. Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2004，（1）：2303-2304.

［3］V.Moorthy，B．A．Shaw，P．Hopkins.Surface and Subsurface Stress Evaluation in Case-carburised Steel Using and Low Frequency Magnetic Barkhausen Emission Measurements［J］. Journal of Magnetism and Magnetic Materials，2006，（1）：362-375.

［4］V.Moorthy，B.A.Shaw，S.Day.Evaluation of Applied and Residual Stresses in Case-carburised En36 Steel Subjected to Bending Using the Magnetic Barkhausen Emission Technique［J］.Acta Materialia，2004，（1）：1927-1936.

Detection of Residual Stress of The Thin-walled Parts of the Eddy Current Method

CHEN Jiping
（Shanxi Provincial Water Conservancy Career Technical College, Taiyuan 030027）

Abstract:Thin wall parts are widely used in aviation and space flight, it no matter in the mechanical processing, the use of performance have certain requirements, to make thin walled parts with high temperature bearing capacity needs to pay attention to mechanical processing stress of thin-walled parts. The eddy current inspection has the skin effect, the eddy current testing method to detect the residual stress of the thin-walled parts processing, the result can better reflect its internal stress value.

Key words:thin-walled parts, residual stress, eddy current