Экспериментальные методы определения наличия и уровня остаточных напряжений в металлоизделиях

За исключением рентгеновских все экспериментальные методы обнаружения и измерения остаточных напряжений в изделиях касаются напряжений первого рода, которые в основном и определяют эксплуатационные свойства продукции.

Все экспериментальные методы можно разделить (в некоторой степени условно) на:

• — химические;
• — рентгенографические;
• — твердости;
• — магнитные;
• — поляризационно-оптические;
• — термические и металлохимические.

Химические методы, чаше всего направленные на обнаружение и определение знака поверхностных напряжений, основаны на явлении влияния остаточных (и не только) напряжений на коррозионную стойкость металла. Не следует относить к химическим методам те, где используется химическая обработка для удаления поверхностных слоев металлоизделий, которые по своей сущности являются механическими.

Вс е механические методы являются разрушающими и заключаются в замере деформаций (чаще всего упругих) после удаления части металла изделия, за счет которого происходит перераспределение в объеме внутренних напряжений.

Механические методы находят ограниченное применение, так как изделие подвергается частичному или полному разрушению и, кроме того, он не всегда пригоден для исследования объектов простейшей формы, например сферической, или тел вращения с осевой симметрией. Этот метод основан на том, что остаточные напряжения взаимно уравновешены внутри самого тела. Поэтому при разрезании тела в исследуемой части возникают упругие деформации, которые должны обратить в ноль равнодействующую и момент остаточных напряжений, создавая тем самым новое равновесие напряжений в теле. Измеряя возникшие деформации, можно в каждом конкретном случае определить величину остаточных напряжений, действующих в удаленной части тела.

Методы химического или электролитического стравливания, несмотря на разнообразие аппаратуры, базируются на тех же основных принципах, что и механические методы: на основании замеров изменяющихся размеров тела при стравливании с его поверхности слоев металла вычисляют деформации, а затем и величину остаточных напряжений.

Рентгенографические методы имеют следующие преимущества перед механическими и химическими: во-первых, сохраняется объект исследования, если ограничиваться измерением напряжений в поверхностных слоях; во-вторых, появляется возможность измерять напряжения в каждой точке поверхности при любом, даже несимметричном, распределении напряжений.

Метод твердости заключается в использовании влияния внутренних напряжений на величину твердости напряженных тел.

Магнитный метод основан на зависимости между магнитными свойствами металла и упругими напряжениями.

Поляризационно-оптический метод базируется на исследовании деформаций на поверхности металла с использованием оптически активных пленок.

Термический метод заключается в определении остаточных напряжений, используя способность металлических изделий изменять размеры при отжиге.

Таким образом, все перечисленные методы определения остаточных напряжений в металлических изделиях можно разделить на две большие группы: разрушающие изделие и нсразрушающис. Применение того или иного метода обусловливается конкретными условиями исследования. Однако наиболее распространены первые шесть методов. Для определения остаточных напряжений в трубах и проволоке получили распространение следующие методы: одностороннее спиливание или сошлифовывание образца на определенной длине; снятие концентрических слоев сечения; термический и рентгенографический.