Lo stress residuo è uno dei fattori più importanti che influenzano le proprietà meccaniche dei componenti. È necessario ridurre le tensioni residue dannose e prevedere l'andamento della distribuzione e il valore delle tensioni residue. In questo documento, ilcontrolli non distruttiviviene introdotto il metodo delle prove di stress residuo.

1 Metodo ad ultrasuoni

Il metodo ad ultrasuoni si basa sulle caratteristiche di propagazione delle onde ultrasoniche all'interno del materiale, ovvero lo stress di trazione fa sì che il tempo di propagazione delle onde sonore diventi più lungo e la velocità del suono diventi più lenta, mentre lo stress di compressione è l'opposto e lo stress è misurato dall'effetto di birifrangenza acustica causato dallo stress. La variazione della velocità del suono causata dalla variazione dello stress è molto piccola, 100 MPa provocano solo una variazione dello 0,1% circa nella velocità del suono. L'onda longitudinale rifratta critica (LCR) è un'onda longitudinale rifratta con un angolo rifratto di 90 gradi, che è la più sensibile allo stress e la più utilizzata. Il metodo di calcolo della sollecitazione dell'onda LCR è il seguente:

La capacità di penetrazione degli ultrasuoni è elevata e lo stress residuo all'interno del componente e del tavolo può essere rilevato in modo non distruttivo e lo strumento di prova a ultrasuoni è facile da trasportare e può essere utilizzato per misurazioni all'aperto e in loco. Tuttavia, il metodo a ultrasuoni richiede un esperimento di calibrazione durante la misurazione dello stress ed è influenzato dalla variazione di spessore dello strato di accoppiamento acustico tra sonda e componente, dalla struttura del materiale del componente e dalla temperatura ambiente.

2 Metodo di diffrazione dei raggi X

Il metodo a raggi X è stato proposto da studiosi russi nel 1929. Dopo anni di sviluppo, i metodi di misurazione teorici e pratici sono relativamente maturi ed è attualmente il metodo di prova di stress residuo non distruttivo più utilizzato.

(1)Principio

La misurazione della tensione residua mediante diffrazione dei raggi X si basa sulla teoria della diffrazione dei raggi X. Quando un raggio X di lunghezza d'onda λ brilla sulla superficie di un cristallo, riceve la cresta della luce riflessa dai raggi X con un angolo specifico (2θ), che è il fenomeno diDiffrazione di raggi X.Tra questi, l'angolo di diffrazione 2θ, la lunghezza d'onda λ dei raggi X e la distanza d del piano del cristallo di diffrazione rispettano la famosa legge di Bragg: 2dsinƟ=nλ.

Dove K è la costante elastica, quando viene selezionata la lunghezza d'onda del raggio incidente (λ è certa), misurando l'angolo di diffrazione θ, si può ottenere dall'equazione di Bragg la distanza tra le facce del cristallo dopo lo stress, e quindi la corrispondente è possibile ottenere il valore della tensione residua. Va sottolineato qui che poiché il cristallo è anisotropo, la costante elastica K è diversa dal modulo elastico E in senso macroscopico, e la costante elastica K deve essere calcolata in base al piano diffrattivo del cristallo selezionato.

Nel 1961, lo studioso tedesco Macherauch combinò la teoria dell'elasticità e l'equazione di Bragg per proporre il metodo sin2ψ per misurare lo stress residuo bidimensionale:

In base alla relazione geometrica tra il piano ψ e il piano di scansione 2θ del goniometro, può essere suddiviso in due metodi di prova: metodo di co-inclinazione e metodo di inclinazione laterale per rilevare con precisione lo stress superficiale del pezzo.

3 Metodo di diffrazione dei neutroni

Il metodo di diffrazione dei neutroni è simile al metodo di diffrazione dei raggi X, ma la profondità di penetrazione dei neutroni è maggiore, quindi può rilevare la distribuzione dello stress residuo all'interno del materiale sfuso (nell'ordine di centimetri). La precisione del picco di diffrazione dei neutroni è influenzato dall'intensità della diffrazione, che dipende principalmente dal tempo di prova in determinate condizioni come la potenza del reattore,cristallo di diffrazionesuperficie e volume del manometro.

4 Metodo magnetico

Attualmente sono in uso due metodi magnetici: il metodo del rumore magnetico e il metodo della deformazione magnetica. Il principio di base della misurazione del rumore magnetico è quello di sfruttare l'effetto magnetostrittivo delle sostanze ferromagnetiche. Lo stress causerà il cambiamento della spaziatura delle pareti del dominio del materiale ferromagnetico, che influenzerà la forza del segnale emesso da Barkhausen. Il metodo della deformazione magnetica consiste nell'utilizzare l'anisotropia magnetica del materiale per misurare lo stress. Quando c'è stress, la permeabilità cambierà di conseguenza. Durante la misurazione, la resistenza magnetica del circuito magnetico formato dal sensore e la superficie del materiale cambierà, quindi cambierà il flusso magnetico del circuito magnetico, come mostrato nella Figura 5.

Il metodo della deformazione magnetica non può misurare grandi tensioni residue (più di 300 MPa) e la relazione tra sollecitazione e permeabilità non è lineare. Il metodo magnetico prevede attrezzature piccole, semplici fasi di prova e un'elevata velocità di misurazione, ma è difficile misurare direttamente il valore di sollecitazione multipunto e può misurare solo la relazione quantitativa tra la differenza di sollecitazione principale in un singolo punto e i parametri di misurazione magnetica .

In vari campi industriali, la tecnologia e l'applicazione di prove di stress residuosono stati molto apprezzati, ma al momento esistono pochi metodi di test e ciascun metodo di test presenta alcune limitazioni. Attualmente, la maggior parte delle applicazioni riguardano la diffrazione dei raggi X. Come metodo di prova non distruttivo,raggi Xpuò essere misurato solo nello strato sottile della superficie e i requisiti della superficie di prova sono elevati.