一种金属复合板局部沿层深分布残余应力的测量方法技术

一种金属复合板局部沿层深分布残余应力的测量方法，属于材料残余应力测量领域，包括步骤：将测量材料表面清理干净；将单个或数个特制玻璃杯粘贴到待测位置；对金属复合板测量位置进行局部电解腐蚀；待腐蚀到一定深度时，对待测点残余应力进行测量；然后在待测位置依次循环上述步骤，直到完成材料在所有待测深度方向的残余应力测量。本发明专利技术的电解剥层方法不会引入外加应力，能够完成金属复合板局部剥层，满足金属复合板残余应力测量深度大、范围广的要求，在避免大面积剥层、不破坏材料性能和原始残余应力的情况下，达到测量复合板表面、远界面、近界面、以及界面处的目的，并可用于预测复合板内部残余应力的时空分布状态。于预测复合板内部残余应力的时空分布状态。于预测复合板内部残余应力的时空分布状态。

【技术实现步骤摘要】
一种金属复合板局部沿层深分布残余应力的测量方法


[0001]本专利技术属于材料残余应力测试领域，具体涉及一种基于X射线衍射法测量金属复合板局部沿层深分布残余应力的电解剥层方法。

技术介绍

[0002]金属复合板由于具有一系列优异的综合力学性能，因而在航空、石油、化工、造船等工业领域中得到了广泛的应用。但是由于复合板在轧制过程中，由于基材和覆材具有不同的力学性能和物理性能，使得复合板在轧制过程中由于异种金属的变形不协调而在复合板内产生较大的残余应力，残余应力的产生会使板型发生翘曲变形，使复合界面产生裂纹，而且还会影响复合板的后续加工和使用性能。因此，为了研究复合板残余应力分布规律以及调控复合板内部残余应力的时空分布，复合板残余应力的准确测量就显得尤为关键。
[0003]目前比较常用的残余应力检测方法主要分为无损检测和有损检测两类。无损检测技术有X射线衍射法，中子衍射法，磁测法，超声法等方法；有损检测技术有钻孔法和切割法。相比于其他方法，无损检测手段中的X射线衍射法具有技术成熟、测量精度高的优点，但是X射线衍射法只能测量材料表面20μm以内的残余应力分布。专利号CN202110557213.4“一种具有窄焊缝特征的钢制薄焊板残余应力测试方法”，利用电解抛光逐层剥层技术，采用X
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射线衍射法对窄焊缝磨抛深度处的残余应力的大小和方向进行测量。但是采用这种机械剥层的方式，会较大面积破坏材料的原始残余应力状态，并在材料中引入外加残余应力，影响测量结果的准确性。专利号CN200910213023.X“一种控制金属微结构表面残余应力的装置及方法通过激光微喷丸装置”，利用X射线衍射法测量金属表面100～200μm范围的残余应力。专利号CN202010083066.7“一种增材产品残余应力测试方法”，通过控制电解腐蚀方法，实现对产品表面的剥层，再通过X射线衍射方法测量表面残余应力，但腐蚀深度也只限于200～300μm。因此为了测量材料内部的残余应力且深度可控，并且不会引入外加的残余应力，可采用基于X射线衍射法的电解剥层的方法来实现。但金属复合板往往需要测量表面、远界面、近界面以及界面处等多个深度位置的残余应力，测量的深度较深，且需要在不破坏原始残余应力的状态下进行测量。

技术实现思路

[0004]针对X射线衍射法只能测量材料表面残余应力的问题，本专利技术提出一种金属复合板局部沿层深分布残余应力的测量方法，腐蚀深度最深可以达到2mm，满足金属复合板测量深度大、范围广的要求。在避免大面积剥层、不破坏材料性能和原始残余应力的情况下，完成复合板表面、远界面、近界面以及界面处残余应力的测量需求。
[0005]本专利技术采用的技术手段如下：
[0006]一种金属复合板局部沿层深分布残余应力的测量方法，包括如下步骤：
[0007]S1、表面处理：将金属复合板表面打磨清洗干净，并尽量保证测量位置平整，然后用酒精把表面擦拭干净；实验证明，材料腐蚀后的表面质量与腐蚀前的表面质量有很大的
关系，应尽量保证腐蚀前材料表面没有任何的污渍；
[0008]S2、粘贴玻璃杯：沿金属复合板轧向和横向方向分布式选定测量位置，然后将单个或数个底部设有通孔的玻璃杯粘贴到测量位置，应使玻璃杯底部通孔周围与金属复合板之间紧密粘贴在一起，不能留有缝隙，保证腐蚀过程中电解液不会从杯底缝隙漏出，并使玻璃杯底部的通孔对准测量点，然后等胶水变干；
[0009]S3、电解腐蚀：由于X射线衍射法的测量深度有限，为了获得不同深度的应力结果，同时在试样处理过程中不能附加任何的残余应力，因而选用电解腐蚀剥层方法。具体操作包括：电解腐蚀剥层法采用的装置由稳压电源、正负电极、玻璃杯、石墨棒、测试材料组成；向粘贴在金属复合板上的玻璃杯中加入三分之二深度的电解液，所述电解液为饱和NaCl溶液，然后将石墨棒的一端与负电极一端相连，将石墨棒的另一端插入到玻璃杯内的电解液中，负电极的另一端与稳压电源负极连接；正电极的一端直接与测试材料连接，其另一端通过导线与稳压电源正极相连接；利用电源装置对玻璃杯底部通孔处的金属复合板进行局部逐层电解剥层；具体为利用电源正负极，电解液与待腐蚀金属之间的电化学反应，实现对与正极连接的金属复合板的待测位置进行局部电解剥层；
[0010]S4、腐蚀深度测量：保证腐蚀电流不变，改变腐蚀时间，测量在不同腐蚀时间下的腐蚀深度(保持玻璃杯底部通孔直径相同)，得到被腐蚀材料腐蚀深度随腐蚀时间的变化规律；
[0011]S5、应力检测：对各个腐蚀位置进行测量，在每次测量时保证金属复合板的测量位置和方向保持一致；然后循环进行步骤S2
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步骤S5，直到腐蚀深度达到所需深度并完成应力检测。
[0012]上述一种金属复合板局部沿层深分布残余应力的测量方法，其中：
[0013]所述步骤S1中，对金属复合板的表面处理方式为超声波清洗、机械打磨和酸洗处理去除表面的锈迹、油污以及高压清洗和干燥处理。
[0014]所述步骤S2中，所述玻璃杯为特制的玻璃杯，该玻璃杯内径为30
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50mm，高度为30
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50mm，壁厚为1
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5mm，底部通孔直径为4
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12mm，通孔设置在杯底部中心位置。特制玻璃杯底部通孔直径根据要腐蚀的目标深度设计，直径越小，腐蚀深度越深。腐蚀深度与腐蚀面积的大小具有一定的电化学关系。所述玻璃杯还可以用其他透明，且不具备导电性，不会在电解腐蚀过程中参与电化学反应的材质代替。
[0015]所述步骤S2中，根据金属复合板测试点位置数量的需求，沿复合板轧向和横向方向分布式设计玻璃杯的粘贴位置，所述轧向是指金属复合板的轧制方向，横向是指垂直于轧向的方向。所述玻璃杯的数量可以单个、也可以数个，具体数量根据要腐蚀的位置数量决定，优选玻璃杯数量小于等于5。所述的“等胶水变干”的方法，可以选择在室温下晾干，也可以通过加热吹风的方法加速变干。玻璃杯底部与金属板之间的胶水厚度应在保证涂抹均匀的前提下，尽量控制厚度，不能过厚，以免影响腐蚀过程。
[0016]所述步骤S5中，所述X射线应力测定仪的参数为：X射线波长根据选择的靶材确定，采用侧倾法测量复合板残余应力，测量起始角度为150
‑
154
°
，终止角度为155
‑
160
°
，测量步宽0.04
°
，每一步宽测试时间0.1
‑
0.3s；此时DST
‑
177型高分辨X射线应力测定仪设定测量管电压为10
‑
25kV，管电流为5
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40mA。上述X射线应力测定仪的参数根据腐蚀金属材料不同，可进行适当调整。
[0017]本专利技术方法与现有技术相比，通过对金属复合板局部逐层腐蚀，获得材料在深度方向上的残余应力分布规律，解决了X射线衍射法只能测量材料表面残余应力的问题。通过对腐蚀时间的控制，可以精确控制腐蚀深度，腐蚀后的小孔表面质量本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种金属复合板局部沿层深分布残余应力的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、表面处理：将金属复合板表面打磨清洗干净，并尽量保证测量位置平整，然后用酒精把表面擦拭干净；S2、粘贴玻璃杯：沿金属复合板轧向和横向方向分布式选定测量位置，然后将单个或数个底部设有通孔的玻璃杯粘贴到测量位置，应使玻璃杯底部通孔周围与金属复合板之间紧密粘贴在一起，不能留有缝隙，保证腐蚀过程中电解液不会从杯底缝隙漏出，并使玻璃杯底部的通孔对准测量点，然后等胶水变干；S3、电解腐蚀：选用电解腐蚀剥层方法；具体操作包括：电解腐蚀剥层法采用的装置由稳压电源、正负电极、玻璃杯、石墨棒、测试材料组成；向粘贴在金属复合板上的玻璃杯中加入三分之二深度的电解液，所述电解液为饱和NaCl溶液，然后将石墨棒的一端与负电极一端相连，将石墨棒的另一端插入到玻璃杯内的电解液中，负电极的另一端与稳压电源负极连接；正电极的一端直接与测试材料连接，其另一端通过导线与稳压电源正极相连接；利用电源装置对玻璃杯底部通孔处的金属复合板进行局部逐层电解剥层；S4、腐蚀深度测量：腐蚀电流不变，改变腐蚀时间，测量在不同腐蚀时间下的腐蚀深度，得到被腐蚀材料腐蚀深度随腐蚀时间的变化规律；S5、应力检测：对各个腐蚀位置进行测量，在每次测量时保证金属复合板的测量位置和方向保持一致；然后循环进行步骤S2
‑
步骤S5，直到腐蚀深度达到所需深度并完成应力检测。2.根据权利要求1所述的一种金属复合板局部沿层深分布残余应力的测量方法，其特征在于，所述步骤S1中，对金属复合板的表面处理方式为超声波清洗、机械打磨和酸洗处理去除表面的锈迹、油污以及高压清洗和干燥处理。3.根据权利要求1所述的一种金属复合板局部沿层深分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯莹莹，骆宗安，郭学浩，徐恩强，周俊甫，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：发明
国别省市：