残余应力

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残余应力测试

HP-KJS3 压痕法残余应力测试仪（手持式）

一、设备概述

压痕应变法（以下简称压痕法）测量残余应力是南京贺普科技有限公司与中国科学院金属研究所上世纪90年代初提出并研究，由我所负责编制的国内外首部采用压痕应变法测量（焊接）残余应力的标准——《金属材料残余应力测定压痕应变法》，已通过国家标准委员会的批准并对外发布，标准编号为GB/T 24179-2009。该方法利用测量球形压头产生的压痕外弹性区的应变变化来计算残余应力。该系统由压痕应力测试仪和压痕制造系统两部分组成。

二、基本原理

与盲孔法相似，压痕应变法也采用电阻应变片作为测量用敏感元件，在应变花中心部位采用冲击加载制造压痕以代替钻孔，通过应变仪记录压痕区外弹性区应变增量的变化，从而获得对应于残余应力大小的真实弹性应变，求出残余应力的大小，见示意图。真实弹性应变的求解方法直接按标定公式进行计算, 目前它还需要像盲孔法那样事先对要测的材料进行简单的标定。为了得到对称的附加应力场，采用直径 1.5mm 的硬质合金钢球制造压痕。将带有钢球的一端垂直置于欲制压痕的位置(应变花轴线中心)以一定动量冲击支撑杆的另一端。压痕诱导的叠加应变增量由事先粘贴的应变花测取。

早期的研究结果表明，动载压痕下的两条基本规律是：

1）相同尺寸的球形压痕在残余应力场的主应力方向上产生的应变增量与残余应力场中的主应变成正比；

2）在相同的残余应力场中，主应力方向上的球形压痕直径与距压痕中心固定距离处的应变增量成正比。

压痕应变法和应力释放法相反，它是通过叠加应力场引起的应变增量计算原始残余应力。在含有残余应力的构件表面，贴上双向或三向应变花，应变栅的方向应尽量与主应力方向一致（当残余应力幅值小于 0.5 倍材料屈服点时可以不作此要求）。在应变片的交点中心打击一个压痕，通过测量输出应变值，采用事先在实验室标定得到的计算常数，按胡克定律即可计算出沿应变片方向原始残余应力。

三、使用范围

本系统主要用于实验应力分析和现场焊接结构的残余应力无损测量，在材料研究、机械制造、采矿冶金、水利工程、铁道运输、化工设备、船舶制造、航空工业、电力建设等行业应用广泛。是工矿企业、科研院所、大专院校在研究设计、生产施工中进行非破坏性的静态应变－应力测量和分析的一种重要工具。适用材料硬度小于HRC50的场合适用于板厚大于2mm的对接焊缝、角焊缝、丁字焊缝、管板焊缝及管接头焊缝。

四、技术指标

1、应变输入通道：3通道。

2、A/D采样速度：2Hz。

3、A/D分辨率：24位A/D采样。

4、输入范围：±30000με。

5、应变测量精度：1με。

6、测量误差：≤±0.1%。

7、自动平衡：16位D/A硬件控制以及软件运算,达到完全清零，不损失测量范围。

8、输入漂移：小于2字节／小时(预热1小时,输入端短路,恒温下测量)。

9、内置配桥电阻：120欧高精度配桥电阻（1/4桥）。

10、抗干扰性能：在强电火花(或强工频)干扰下正常工作须有良好接地。

11、操作系统：WIN10操作系统。

12、数据显示：6寸600*800分辨率，电容触摸屏。

13、数据存储：32GTF卡，全速实时、无间断记录所有通道数据到手持机中。

14、系统供电：内置锂电池，持续工作5小时。

15、压痕定点打击对中精度：0.05mm。

16、压痕尺寸测量精度：0.01mm。

17、应力计算显示精度：1MPa。

18、应力测量误差：≤10MPa。

19、压头直径：1.58mm。

20、球冠压痕尺寸范围：压痕直径1.0－1.2mm；压痕深度：0.15－0.2mm。

五、设备组成

1、压痕制造系统

压痕制造系统包括压痕打击装置、永磁式固定底座、对中用显微镜三部分，其中压痕打击装置采用弹簧加力、头部镶有直径1/16英寸硬质合金球的机械式冲击装置；对中用显微镜与固定底座结合，用来确定压痕打击的准确位置；固定底座底部镶有高性能永久磁铁，可快速吸附于磁性材料表面，同时能保证压痕打击装置准确定位于应变片上的压痕打击位置，制造出对中精确的压痕。

2、应力测试系统

压痕法应力测试系统是在传统的静态应变技术的基础上设计研制而成的一种新型智能应力测试仪器。它把平衡箱和应变仪结合为一体，采用手持式大屏幕液晶菜单方式，机内带有 3 点应变自动调零、自动测试、测试数据屏幕显示、贮存、数据处理（将应变值转化为应力值）等功能。内嵌 Win10操作系统，智能化管理，可全软件操作。具有体积小、重量轻、测试方便快捷计算更准确等特点。液晶触摸屏菜单方式简单明了，外接 USB口可进行通信及存储。机内带有大容量TF卡，所有通道数据无间断记录到手持机中。

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