鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)比較

目錄

一、內(nèi)容概括.................................................2

1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.............................................2

1.2理論依據(jù)..............................................3

二、實(shí)驗(yàn)方法.................................................4

2.1X射線殘余應(yīng)力測(cè)量....................................5

2.1.1實(shí)驗(yàn)儀器及材料..................................6

2.1.2實(shí)驗(yàn)過程........................................7

2.1.3數(shù)據(jù)分析方法....................................8

2.1.4結(jié)果與討論.....................................10

2.2超聲波殘余應(yīng)力測(cè)量..................................11

2.2.1實(shí)驗(yàn)儀器及材料..................................13

2.2.2實(shí)驗(yàn)過程.........................................14

2.2.3數(shù)據(jù)分析方法.....................................15

2.2.4結(jié)果與討論.......................................16

2.3激光全息測(cè)量技術(shù).....................................18

2.3.1實(shí)驗(yàn)儀器及材料...................................18

2.3.2實(shí)驗(yàn)過程.........................................20

2.3.3數(shù)據(jù)分析方法.....................................21

2.3.4結(jié)果與討論.......................................22

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較............................................23

3.1X射線法的殘余應(yīng)力分布情況...........................24

3.2超聲波法的殘余應(yīng)力分布情況..........................25

3.3激光全息表明測(cè)量殘余應(yīng)力分布情況....................27

3.4殘余應(yīng)力測(cè)量方法的比較..............................28

四、結(jié)論....................................................29

4.1鉆法X射線的優(yōu)勢(shì)與局限...............................30

4.2超聲波法在工業(yè)檢測(cè)中的優(yōu)勢(shì)..........................31

4.3激光全息測(cè)量的精細(xì)化與非破壞性......................31

4.4綜合應(yīng)用探討........................................33

一、內(nèi)容概括

鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)在金屬加工和制造行業(yè)中至關(guān)重要，確保產(chǎn)品

質(zhì)量與材料性能的可靠性。本文旨在比較和分析當(dāng)前可用的幾種鋼板

殘余應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)，包括激光拉曼光譜技術(shù)、差動(dòng)相位干涉術(shù)（DPT）、

超聲無損探傷技術(shù)（UT）以及X射線衍射（XRD）技術(shù)。通過詳細(xì)闡

述每種檢測(cè)方法的理論基礎(chǔ)、操作模式、實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景、優(yōu)勢(shì)及限制,

本段內(nèi)容將為后續(xù)章節(jié)中對(duì)各種檢測(cè)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較搭建框架，并

指導(dǎo)讀者理解不同檢測(cè)手段在鋼板殘余應(yīng)力評(píng)估中的作用和重要性。

本文還旨在探討在殘余應(yīng)力測(cè)試領(lǐng)域中的最新進(jìn)展以及標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)踐，

使讀者能夠獲得全面的實(shí)驗(yàn)比較并深入思考未來鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)

發(fā)展的方向。

1.1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

適用性范圍：分析每種方法在不同類型的鋼板結(jié)構(gòu)、厚度以及殘

余應(yīng)力水平上的適用性和限制。

測(cè)量結(jié)果的可靠性：通過重復(fù)測(cè)量和比較不同方法的結(jié)果，評(píng)估

每種方法所得數(shù)據(jù)的一致性和可靠性。

成本效益分析：考慮檢測(cè)方法的成本（包括設(shè)備投資、操作和維

護(hù)成本）與其測(cè)量精度的關(guān)系，由此判斷每種方法的性價(jià)比。

實(shí)際應(yīng)用潛力：評(píng)估每種檢測(cè)方法在實(shí)際工程中的應(yīng)用潛力，包

括現(xiàn)場(chǎng)可操作性、數(shù)據(jù)處理和分析的便利性等。

1.2理論依據(jù)

材料力學(xué)方面：鋼板熱處理或加工過程中，由于材料內(nèi)部塑性變

形和冷卻過程的不同，導(dǎo)致材料內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力，稱為殘余應(yīng)力.這些

殘余應(yīng)力會(huì)影響鋼板的力學(xué)性能、疲勞壽命和可靠性。不同檢測(cè)方法

的原理基于對(duì)這些殘余應(yīng)力的不同敏感性和測(cè)量方式。

非破壞性檢測(cè)技術(shù)方面：這些方法旨在無損地探測(cè)和分析結(jié)構(gòu)內(nèi)

部的缺陷和應(yīng)力狀態(tài)。常用的非破壞檢測(cè)方法包括：

X射線測(cè)微應(yīng)力分析：基于X射線衍射原理，通過測(cè)量晶體結(jié)構(gòu)

的變形量反推材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力。

航空影像法：通過在鋼板表面貼設(shè)特殊標(biāo)記（如箔片）并對(duì)標(biāo)記

產(chǎn)生的翹曲進(jìn)行測(cè)量，deduced鋼板內(nèi)部的非均勻應(yīng)力分布。

聲波法：利用聲波在鋼板中的傳播速度不同于不同應(yīng)力狀態(tài)下的

特性，通過分析聲波傳播時(shí)間和哀減幅度，推斷鋼板內(nèi)部的應(yīng)力水平。

磁粉探傷：利用磁粉顆粒的特性，檢測(cè)鋼板表面和內(nèi)部奇異磁場(chǎng)

分布，從而反推殘余應(yīng)力存在部位。

彈性波法：通過在鋼板表面激發(fā)彈性波，分析波的傳播速度和模

式，探測(cè)鋼板內(nèi)部的應(yīng)力狀態(tài)。

二、實(shí)驗(yàn)方法

MFD是一種廣為人知且成本較低的方法。其基本原理是利用磁性

檢測(cè)樁體內(nèi)部的應(yīng)力分布，實(shí)驗(yàn)步驟如下：

在鋼板表面清潔且去除干擾磁性因素后，用磁極在樣本表面施加

線性劃過的磁場(chǎng)。

超聲波技術(shù)在現(xiàn)代無損檢測(cè)中扮演著關(guān)鍵角色，因其無輻射、分

辨率高、費(fèi)時(shí)少等優(yōu)點(diǎn)而廣泛用于材料測(cè)試。實(shí)驗(yàn)步驟包括：

將超聲波換能器置于鋼板測(cè)試區(qū)域上，以不同的角度發(fā)射并接收

超聲波信號(hào)。

分析信號(hào)傳輸速度、衰減情況以及頻譜變化，從而推斷出鋼板的

內(nèi)應(yīng)力分布。

D1C是一種基于圖像處理的高級(jí)檢測(cè)技術(shù)，通過分析鋼板形變前

后的圖像變化來推測(cè)應(yīng)力分布。實(shí)驗(yàn)流程是：

作為一種拉曼光譜技術(shù)，激光拉曼光譜可準(zhǔn)確測(cè)定物資的化學(xué)組

成與結(jié)構(gòu)變化，有時(shí)也被用了檢測(cè)表面殘余應(yīng)力。實(shí)驗(yàn)需進(jìn)行以下操

作：

在實(shí)際操作中，實(shí)驗(yàn)需注意跨膜異向性預(yù)設(shè)、環(huán)境控制與標(biāo)準(zhǔn)設(shè)

立等問題，以驗(yàn)證各類方法對(duì)殘余應(yīng)力評(píng)估的準(zhǔn)確性和比較性能。每

次實(shí)驗(yàn)結(jié)束后均應(yīng)考慮數(shù)據(jù)校準(zhǔn)及誤差分析，確保結(jié)果的可靠性和可

重復(fù)性。

2.1X射線殘余應(yīng)力測(cè)量

X射線技術(shù)是一種常用的殘余應(yīng)力檢測(cè)方法，尤其適用于薄膜和

試樣的表面。該方法基于X射線束與試樣表面相互作用時(shí)的微應(yīng)變效

應(yīng)。當(dāng)X射線通過一個(gè)應(yīng)變分布不均勻的試樣時(shí)，由于布拉格散射效

應(yīng)，X射線波長(zhǎng)會(huì)發(fā)生改變，從而可以通過改變后的X射線衍射強(qiáng)度

來測(cè)量樣品表面的微應(yīng)變分布。

實(shí)驗(yàn)設(shè)置通常包括臺(tái)X射線衍射儀，該儀器能夠精確控制X射

線的波長(zhǎng)和衍射角度。試樣被固定在一個(gè)能夠旋轉(zhuǎn)的支架上，以便能

夠從不同角度對(duì)試樣進(jìn)行照射。通過儀器自動(dòng)調(diào)整入射X射線的角度,

直到在探測(cè)器中發(fā)現(xiàn)X射線衍射峰，這表明X射線在試樣表面遇到了

最大程度的散射。此時(shí)記錄的衍射角和相應(yīng)的X射線強(qiáng)度，可以通過

布拉格方程計(jì)算出的應(yīng)力值。

X射線殘余應(yīng)力測(cè)量實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵步躲包括試樣的制備、X射線束

的選擇與優(yōu)化、衍射數(shù)據(jù)的采集和分析。試樣通常需要被清洗和擦拭

干凈，以避免表面污染影響測(cè)量精度。X射線波長(zhǎng)和照射角的調(diào)整是

為了確保X射線束能夠精確穿過欲測(cè)量的區(qū)域。

在實(shí)驗(yàn)過程中，需要收集多個(gè)不同旋轉(zhuǎn)角度的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這樣可以

得到一個(gè)完整的應(yīng)力映射圖。通過使用特定的數(shù)學(xué)模型（如Voigt模

型或Cahnllilliard模型）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以得到更為精確的應(yīng)

力分布情況。

X射線殘余應(yīng)力測(cè)量具有非破壞性、高分辨率和高靈敏度的特點(diǎn),

但是也有其限制，例如無法穿透厚的試樣，且充試樣表面有一定的要

求，需要光滑、無損傷。對(duì)于結(jié)構(gòu)形狀較為復(fù)雜或者殘余應(yīng)力分布較

為深層的試樣，X射線方法可能不是最佳選擇，這時(shí)候可能需要考慮

使用其他方法，比如無損超聲波技術(shù)或直讀式應(yīng)力計(jì)等。

在實(shí)驗(yàn)比較中，我們將對(duì)X射線截面應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)試性能進(jìn)

行評(píng)估，包括測(cè)量準(zhǔn)確度、重復(fù)性和動(dòng)態(tài)范圍，以及在各種不同材料、

結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力水平下的適用性。通過比較X射線技術(shù)和其他殘余應(yīng)

力檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，可以確定X射線技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)缺點(diǎn)

和適用范圍。

2.1.1實(shí)驗(yàn)儀器及材料

萬能材料試驗(yàn)機(jī):用于進(jìn)行拉伸試驗(yàn)，型號(hào)為（型號(hào)），最大加

載力為（最大加載力），精度為（精度）。

數(shù)字顯微鏡:用于觀察樣品表面，型號(hào)為（型號(hào)），放大倍數(shù)為

（放大倍數(shù)）。

鋼板:用于實(shí)驗(yàn)的鋼板應(yīng)符合（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)名稱和編號(hào)）規(guī)定，厚度

為（厚度）mm,尺寸為（尺寸），材質(zhì)為（材質(zhì)）。

（其他材料名稱）（其他材料用途），性能符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（標(biāo)準(zhǔn)

名稱和編號(hào)）。

2.1.2實(shí)驗(yàn)過程

實(shí)驗(yàn)工具與設(shè)備：X射線應(yīng)力分析儀、超聲波應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)、金

屬磁性檢測(cè)儀、表面等離子體共振檢測(cè)儀等。

對(duì)每一塊鋼板應(yīng)用所選用的檢測(cè)方法，獲取具體的應(yīng)力分布數(shù)據(jù)。

每種方法均需要在同一塊板的不同位置進(jìn)行多次測(cè)量，以保證數(shù)據(jù)具

有代表性。

X射線應(yīng)力分析：通過器件發(fā)射的X射線散射原理，探測(cè)鋼板內(nèi)

殘余應(yīng)力。數(shù)據(jù)結(jié)果列表化并對(duì)不同部位進(jìn)行強(qiáng)度比較。

超聲波應(yīng)力測(cè)量：擅長(zhǎng)解析內(nèi)部的應(yīng)力分布，利用高速傳播的縱

波或橫波在不同材質(zhì)間的波速變化，在鋼板內(nèi)部進(jìn)行應(yīng)力測(cè)量。統(tǒng)計(jì)

同比混淆實(shí)驗(yàn)結(jié)果并分析差異。

磁力測(cè)量法：依據(jù)材料在外力作用下磁性的改變來測(cè)量應(yīng)力，適

用于表面或表淺層的應(yīng)力檢測(cè)。繪制磁場(chǎng)出線并計(jì)算應(yīng)力值。

表面等離子體共振(SPR)：利用等離子體共振現(xiàn)象檢測(cè)殘余應(yīng)力

的存在和分布。在鋼材表面測(cè)量，并不侵入樣本。將共振波長(zhǎng)數(shù)據(jù)繪

制成曲線，分析各種方法間的吻合度。

選用基準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)樣本對(duì)該檢測(cè)方法的精度進(jìn)行驗(yàn)證，通過其他己知

殘余應(yīng)力量值的結(jié)果進(jìn)行比對(duì)。

對(duì)各焊接區(qū)域進(jìn)行準(zhǔn)確標(biāo)記，記錄每個(gè)測(cè)量點(diǎn)的殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)。

應(yīng)用數(shù)理工具如SigmaPlot或Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，尋找不同檢測(cè)

方法間的相關(guān)性和差異。

參考預(yù)設(shè)的實(shí)驗(yàn)參數(shù)指標(biāo)對(duì)結(jié)果進(jìn)行評(píng)估，分析結(jié)果之間的差異

及可能的原因。對(duì)于每一種檢測(cè)方法，討論其在檢測(cè)鋼板殘余應(yīng)力時(shí)

的實(shí)用性、準(zhǔn)確性、靈敏度及成本效益。

對(duì)比總結(jié)各種方法的優(yōu)劣，并進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，提出優(yōu)選建議以供

實(shí)際檢測(cè)工作應(yīng)用。

2.1.3數(shù)據(jù)分析方法

在對(duì)鋼板殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)與分析時(shí)，數(shù)據(jù)分析是確保結(jié)果準(zhǔn)確

性和可靠性的關(guān)鍵步驟。本實(shí)驗(yàn)采用多種殘余應(yīng)力檢測(cè)方法，包括X

射線衍射法（XRD）、超聲波法、壓電薄膜測(cè)試法和宏觀應(yīng)變法。數(shù)

據(jù)分析方法應(yīng)與之相匹配，以確保結(jié)果的致性和有效性。

X射線衍射法的數(shù)據(jù)分析通常涉及對(duì)散射強(qiáng)度、晶體結(jié)構(gòu)的變化

和應(yīng)力引起的衍射角度的偏移進(jìn)行分析,。數(shù)據(jù)處理首先需要對(duì)圖像進(jìn)

行預(yù)處理，包括噪聲過濾和對(duì)比度增強(qiáng)。使用傅里葉變換或其他數(shù)學(xué)

工具來提取與應(yīng)力相關(guān)的信息，還需校準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)條件，如X射線束的強(qiáng)

度和偏轉(zhuǎn)角度等，以獲得準(zhǔn)確的應(yīng)力數(shù)據(jù)。

超聲波法的數(shù)據(jù)分析涉及對(duì)超聲波速度、幅值和相位的變化進(jìn)行

監(jiān)測(cè)。需要對(duì)實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行嚴(yán)格控制，以確保測(cè)試結(jié)果不受外界因素

的影響。通過分析超聲信號(hào)的變化，可以推算出鋼板內(nèi)部應(yīng)力的分布

情況。

壓電薄膜測(cè)試法的數(shù)據(jù)分析主要包括對(duì)薄膜應(yīng)變與應(yīng)力之間的

關(guān)系進(jìn)行量化。通過分析薄膜的電位移與應(yīng)變的關(guān)系，可以計(jì)算出鋼

板表面的應(yīng)力分布。數(shù)據(jù)處理包括對(duì)電流信號(hào)的濾除噪聲、放大和反

加處理，以確保測(cè)試精度和可靠度。

宏觀應(yīng)變法數(shù)據(jù)分析主要是通過應(yīng)變計(jì)陣列對(duì)鋼板表面的應(yīng)變

進(jìn)行測(cè)量。需耍對(duì)測(cè)量系統(tǒng)進(jìn)行標(biāo)定，確保應(yīng)變數(shù)據(jù)的一致性和準(zhǔn)確

性。通過分析應(yīng)變數(shù)據(jù)，可以推斷出鋼板內(nèi)部的殘余應(yīng)力分布。

在實(shí)驗(yàn)比較多種殘余應(yīng)力檢測(cè)方法時(shí)，數(shù)據(jù)分析還將包含對(duì)原始

數(shù)據(jù)進(jìn)行比較和關(guān)聯(lián)的過程，以便評(píng)估每種方法的優(yōu)勢(shì)和局限性。數(shù)

據(jù)分析還包括對(duì)實(shí)驗(yàn)條件、測(cè)量誤差和重復(fù)性進(jìn)行評(píng)估，以確保比較

結(jié)果的合理性和指導(dǎo)性。通過這些分析，為選擇最佳的殘余應(yīng)力檢測(cè)

方法提供科學(xué)依據(jù)，并為其在工程與工業(yè)應(yīng)用中的應(yīng)用提供支持。

2.1.4結(jié)果與討論

從表和Fig.可以看出，不同檢測(cè)方法對(duì)鋼板殘余應(yīng)力測(cè)量的結(jié)

果存在一定的差異。（艱據(jù)實(shí)驗(yàn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，具體分析不同方法的結(jié)果,

例如：強(qiáng)磁場(chǎng)磁滯而線的峰值應(yīng)力測(cè)量結(jié)果最高，偏置儀測(cè)量的應(yīng)力

大小介于兩者之間，且波動(dòng)性明顯）。這種差異可能是受多種因素影

響，例如：

測(cè)量敏感度:不同測(cè)試方法的原理和測(cè)量方式不同，導(dǎo)致其對(duì)殘

余應(yīng)力的敏感度有所差異。（舉例說明特定方法的敏感度）。

材料特性:鋼板的化學(xué)成分、加工工藝和熱處理狀態(tài)都會(huì)影響其

殘余應(yīng)力的分布和數(shù)量級(jí)，從而導(dǎo)致不同檢測(cè)方法結(jié)果的偏差。

測(cè)量位置:殘余應(yīng)力分布是非均勻的，測(cè)量位置的選擇也會(huì)影響

測(cè)量結(jié)果。（說明實(shí)驗(yàn)中測(cè)量位置的選擇是否會(huì)影響結(jié)果）。

儀器誤差:每個(gè)檢測(cè)設(shè)備都存在一定的誤差，這些誤差也會(huì)導(dǎo)致

測(cè)量的偏差。

2.2超聲波殘余應(yīng)力測(cè)量

超聲波在材料中的傳播速度受到材料內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)的影響，在存

在殘余應(yīng)力的情況下，超聲波在其內(nèi)部傳播路徑上的速度和波形會(huì)發(fā)

生改變。這是由于材料在殘余應(yīng)力作用下產(chǎn)生的彈性模量變化，進(jìn)而

影響超聲波的傳播。通過對(duì)超聲波傳播速度的測(cè)量，可以間接推斷出

材料的殘余應(yīng)力狀態(tài)。一些具體的測(cè)量參數(shù)包括超聲波的傳播速度、

相位差以及廠調(diào)頻(SFF)等。

脈沖反射法是最常用的超聲波殘余應(yīng)力測(cè)量方法之一，該方法基

于超聲波脈沖在物質(zhì)界面上的反射原理。通過發(fā)射一個(gè)短脈沖從材料

表面?zhèn)鞑ゲ⒎瓷浠亟邮掌?，可以測(cè)量超聲波在材料內(nèi)傳播的時(shí)間與聲

速的關(guān)系。如果材料中有殘余應(yīng)力，與無殘余應(yīng)力時(shí)相比，反射信號(hào)

的波形和到達(dá)時(shí)間會(huì)發(fā)生變化，根據(jù)這種變化可以判斷材料的殘余應(yīng)

力狀態(tài)。

聲時(shí)差法利用在不同應(yīng)力條件下超聲波脈沖的傳播速度存在差

異的原理。通過對(duì)材料中不同方向的超聲波傳播速度進(jìn)行測(cè)試，可以

評(píng)估出材料中的殘余應(yīng)力分布和方向。這種測(cè)算方法需要在材料中植

入特殊的傳感器或探頭，且通常需要精密的控制和分析設(shè)備。

激光超聲波檢測(cè)結(jié)合了激光干涉與超聲波技術(shù)，它利用短脈沖激

光產(chǎn)生超聲波，通過對(duì)超聲波傳播的時(shí)頻特性分析來確定殘余應(yīng)力。

這個(gè)方法對(duì)于厚度不均、表面強(qiáng)度退化的材料特別適用，因?yàn)樗軌?/p>

依據(jù)表面的宏觀形變反應(yīng)調(diào)整超聲信號(hào)的發(fā)射角度和強(qiáng)度，提高測(cè)量

的準(zhǔn)確性。

超聲波殘余應(yīng)力測(cè)量方法中，脈沖反射法和激光超聲波檢測(cè)以其

較高的實(shí)時(shí)性和可靠性較為常用。脈沖反射法尤其實(shí)用而普及，設(shè)備

成本相對(duì)較低。而激光超聲波檢測(cè)則非常適用于對(duì)微小變化高度敏感

的應(yīng)用，可以提供更高分辨率的殘余應(yīng)力圖。聲時(shí)差法則是對(duì)材料有

深入研究需求時(shí)的手段，需要較為專業(yè)的技術(shù)和設(shè)備支持。

實(shí)驗(yàn)比較通常包括不同實(shí)驗(yàn)設(shè)備、測(cè)試條件的比如頻率、波長(zhǎng)、

材料特性和測(cè)試精度筆。優(yōu)缺點(diǎn)分別包括成本、測(cè)試時(shí)間、空間分辨

率和對(duì)材料表面的要求。實(shí)驗(yàn)可能會(huì)設(shè)置多個(gè)測(cè)試點(diǎn)，進(jìn)行脈沖反射

法與聲時(shí)差法的聯(lián)合使用以獲取完整的應(yīng)力分布數(shù)據(jù)。激光超聲波檢

測(cè)法可能會(huì)與其它方法一結(jié)合，以進(jìn)行復(fù)合驗(yàn)證，提升數(shù)據(jù)的一致性

和可靠性。

實(shí)驗(yàn)的實(shí)際比較還需要關(guān)注對(duì)比實(shí)驗(yàn)中使用的數(shù)據(jù)處理方法，這

包括如何校準(zhǔn)不同方法之間的測(cè)試結(jié)果，確保數(shù)據(jù)的相關(guān)性和可比性。

通常這樣的對(duì)比包括了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)收集、處理和結(jié)果分析的各個(gè)

環(huán)節(jié)。

通過這樣的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，我們可以進(jìn)一步明確各種超聲波殘余應(yīng)力

測(cè)量方法的優(yōu)勢(shì)所在，并視不同應(yīng)用需求選擇合適的技術(shù)方案。結(jié)合

不同的測(cè)量方法，還能一定程度.上提升測(cè)量精度，對(duì)于研究殘余應(yīng)力

形成機(jī)制、指導(dǎo)工藝改進(jìn)以及在監(jiān)測(cè)和無損評(píng)估機(jī)械組件等領(lǐng)域都具

有積極的意義。超聲波殘余應(yīng)力測(cè)量方法在工業(yè)無損檢測(cè)中依然是不

可或缺的部分，應(yīng)當(dāng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蜅l件靈活運(yùn)用。

2.2.1實(shí)驗(yàn)儀器及材料

在本研究中，對(duì)于鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)比較，我們采用

了多種先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器和材料以確保實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和可靠性。

應(yīng)力計(jì)與傳感器:采用高精度應(yīng)變計(jì)和應(yīng)力傳感器，用于測(cè)量鋼

板在不同條件下的應(yīng)變和應(yīng)力變化。這些傳感器具有高度的靈敏度和

穩(wěn)定性，能夠捕捉到細(xì)微的應(yīng)力變化。

加載設(shè)備:實(shí)驗(yàn)使用了液壓或電動(dòng)伺服控制的加載設(shè)備，可以模

擬實(shí)際工作環(huán)境中的不同負(fù)載條件，以便檢測(cè)鋼板在不同負(fù)載下的殘

余應(yīng)力表現(xiàn)。

測(cè)量設(shè)備：包括三維坐標(biāo)測(cè)量?jī)x、光學(xué)顯微鏡等，用丁精確測(cè)量

鋼板的尺寸、形狀以及表面微觀結(jié)構(gòu)，以分析殘余應(yīng)力對(duì)鋼板物理性

質(zhì)的影響。

數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng):采用高性能的數(shù)據(jù)處理與分析系統(tǒng)，包括

數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的軟件。這些系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),

進(jìn)行快速處理和深入分析，以便比較不同檢測(cè)方法的優(yōu)劣。

鋼板樣本:實(shí)驗(yàn)采用了多種規(guī)格和材質(zhì)的鋼板樣本，包括普通碳

鋼板、合金鋼板等。這些樣本經(jīng)過加工處理，確保具有均勻的殘余應(yīng)

力分布，以符合實(shí)驗(yàn)要求。

輔助材料:包括固定裝置、夾具、潤(rùn)滑油等，用于確保實(shí)驗(yàn)過程

中鋼板的穩(wěn)定性和實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。

2.2.2實(shí)驗(yàn)過程

本實(shí)驗(yàn)旨在比較不同鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)方法的有效性和準(zhǔn)確性。

實(shí)驗(yàn)過程中，我們選取了五種具有代表性的殘余應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)，包括

X射線衍射法、超聲波無損檢測(cè)法、磁粉檢測(cè)法、滲透檢測(cè)法和渦流

檢測(cè)法。每種方法都針對(duì)同一塊鋼板樣本進(jìn)行檢測(cè)，并記錄相應(yīng)的檢

測(cè)結(jié)果。

實(shí)驗(yàn)開始前，首先對(duì)鋼板樣本進(jìn)行預(yù)處理，包括清潔、去銹和表

面處理等步驟，以確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。按照每種檢測(cè)方法的操作

規(guī)范，對(duì)鋼板樣本進(jìn)行檢測(cè)。

在X射線衍射法檢測(cè)中，我們使用X射線發(fā)生器產(chǎn)生X射線，并

通過樣品后進(jìn)行衍射測(cè)量，從而計(jì)算出殘余應(yīng)力的大小和分布。超聲

波無損檢測(cè)法則是通過發(fā)射超聲波并接收其反射信號(hào)來推斷鋼板的

內(nèi)部結(jié)構(gòu)和殘余應(yīng)力情況。磁粉檢測(cè)法利用磁場(chǎng)作用使磁粉在鋼板表

面形成顯示，以觀察并判斷殘余應(yīng)力的存在和大小。滲透檢測(cè)法通過

涂抹含熒光染料或著色染料的滲透液，并清洗去除表面多余的滲透液,

再施加顯像劑以顯示殘余應(yīng)力的分布。渦流檢測(cè)法采用電磁感應(yīng)原理,

通過測(cè)量鋼板表面的渦流場(chǎng)變化來推斷殘余應(yīng)力的狀態(tài)。

實(shí)驗(yàn)過程中，我們嚴(yán)格控制了各種參數(shù)，確保實(shí)驗(yàn)條件的統(tǒng)一性

和準(zhǔn)確性。對(duì)每種方法的檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的記錄和分析，以便后

續(xù)比較和評(píng)估。

2.2.3數(shù)據(jù)分析方法

在鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)比較中，我們采用了多種數(shù)據(jù)分

析方法來評(píng)估各個(gè)檢測(cè)方法的準(zhǔn)確性和可靠性。我們對(duì)每個(gè)實(shí)驗(yàn)的數(shù)

據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，包括計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、相關(guān)系數(shù)等指標(biāo)，以

便了解各個(gè)檢測(cè)方法的整體表現(xiàn)。我們還對(duì)比了不同檢測(cè)方法之間的

差異，以便找出最佳的檢測(cè)方法。

描述性統(tǒng)計(jì)分析：通過計(jì)算數(shù)據(jù)的均值、中位數(shù)、眾數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差

等指標(biāo)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行基本的描述性分析。這有助于我們了解各個(gè)檢測(cè)

方法的基本性能。

相關(guān)性分析：通過計(jì)算不同檢測(cè)方法之間的相關(guān)系數(shù)，可以了解

它們之間的相互關(guān)系。相關(guān)系數(shù)越接近1或1,表示兩個(gè)變量之間的

關(guān)系越密切。

回歸分析：通過建立線性回歸模型，可以預(yù)測(cè)不同檢測(cè)方法之間

的關(guān)聯(lián)程度。這有助于我們找出最佳的檢測(cè)方法。

方差分析(ANOVA):通過比較不同檢測(cè)方法之間的方差，可以判斷

它們的穩(wěn)定性和可靠性。說明檢測(cè)方法越穩(wěn)定可靠。

t檢驗(yàn)：用于檢驗(yàn)兩個(gè)樣本均值是否存在顯著差異。通過比較不

同檢測(cè)方法的均值，可以判斷它們之間的差異是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.2.4結(jié)果與討論

本文通過實(shí)驗(yàn)比較了X射線衍射法(XRD)、超聲法、應(yīng)變片法

和磁性薄膜法這四種鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)方法的性能。XRD法因其高精

度和非破壞性特點(diǎn)，尤其是對(duì)大型結(jié)構(gòu)中的殘余應(yīng)力進(jìn)行檢測(cè)時(shí)表現(xiàn)

出色。該方法對(duì)于應(yīng)力分布區(qū)域較小的測(cè)試樣品可能不夠敏感。

尤其是聲波傳播時(shí)在材料中產(chǎn)生的功率譜與殘余應(yīng)力有密切關(guān)

系，因此它是一種靈敏的測(cè)量方法。超聲法依賴于聲波的透射和反射

來估測(cè)應(yīng)力水平，這對(duì)于測(cè)試面平整度要求較高，同時(shí)在檢測(cè)厚大鋼

板時(shí)可能會(huì)有信號(hào)衰減的問題。

應(yīng)變片法通過測(cè)量外力作用下的應(yīng)變大小來推算殘余應(yīng)力，該方

法適用于各種形狀和尺寸的測(cè)試樣品，操作簡(jiǎn)便且能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的

應(yīng)力測(cè)量。但它要求在測(cè)試面上安裝應(yīng)變片，可能會(huì)對(duì)原有的殘余應(yīng)

力分布造成影響。

磁性薄膜法利用薄膜應(yīng)力與磁性變化之間的關(guān)系來估算鋼板內(nèi)

部的殘余應(yīng)力。這種方法不僅對(duì)殘余應(yīng)力水平敏感，而且可以實(shí)現(xiàn)快

速非破壞性測(cè)量，但其適用范圍受到磁性材料所限，無法用于非磁性

材料的應(yīng)力檢測(cè)。

每種檢測(cè)方法都有其獨(dú)特優(yōu)勢(shì)和局限性，充于大型結(jié)構(gòu)中的殘余

應(yīng)力檢測(cè)，XRD法和應(yīng)變片法可能是最佳選擇，因其具有良好的精度

和穩(wěn)定性。而對(duì)于快速鑒定或處理非磁性材料中的殘余應(yīng)力問題，磁

性薄膜法可能更為適用。超聲法則適用于要求疝應(yīng)力分布有準(zhǔn)確了解

的場(chǎng)合，但需要對(duì)測(cè)試面的平整度進(jìn)行嚴(yán)格控制。

在未來的研究中，可能需要開發(fā)新的檢測(cè)技術(shù)，或者對(duì)現(xiàn)有方法

進(jìn)行改進(jìn)，以滿足更嚴(yán)格的檢測(cè)要求和應(yīng)用需求。結(jié)合多種檢測(cè)方法

的優(yōu)點(diǎn)，或開發(fā)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)力分析算法，以提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性

和自動(dòng)化水平。

2.3激光全息測(cè)量技術(shù)

作為?種非接觸、高精度的位移測(cè)量方法，激光全息測(cè)量技術(shù)

(LHM)在殘余應(yīng)力檢測(cè)領(lǐng)域占據(jù)著重要的地位。它的基本原理是利用

激光干涉形成全息圖，通過分析全息圖的變化可以得到待測(cè)工件表面

的位移信息。根據(jù)應(yīng)力和變形之間的關(guān)系，可進(jìn)一步推算出材料的殘

余應(yīng)力分布情況。

非接觸式測(cè)量:不會(huì)對(duì)被測(cè)鋼板造成任何損傷，尤其適用于對(duì)材

料表面敏感的場(chǎng)合。

全場(chǎng)測(cè)量:可以次性獲取整個(gè)鋼板表面的位移信息，能夠有效

地展示殘余應(yīng)力分布的整體特征。

LHM也存在一些局限性，例如對(duì)光照條件要求較高、對(duì)干擾較為

敏感等。

2.3.1實(shí)驗(yàn)儀器及材料

鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)是保證產(chǎn)品質(zhì)量和結(jié)構(gòu)完整性的重要環(huán)節(jié)，在

本次實(shí)驗(yàn)比較中，我們將運(yùn)用幾種主流且已廣泛被認(rèn)可的鋼板殘余應(yīng)

力檢測(cè)方法，并詳細(xì)記錄使用的儀器與材料的規(guī)格類型，以保證實(shí)驗(yàn)

數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可比性。

數(shù)據(jù)分析軟件:采用如InstronMachineDataVision系統(tǒng)等專

業(yè)的力學(xué)數(shù)據(jù)采集與分析軟件，用于提供精確的應(yīng)力測(cè)量與分析。

激光應(yīng)變傳感器：選用型號(hào)為BrukerVibraTest系統(tǒng)中的激光

相干干涉測(cè)量?jī)x，具備非接觸式操作、高精度測(cè)量特點(diǎn)。

X射線應(yīng)力測(cè)量系統(tǒng)：采用如FET公司提供的XL35X射線應(yīng)力

測(cè)試儀，可用于快速、無損地檢測(cè)材料應(yīng)力分布情況。

超聲波應(yīng)力測(cè)試設(shè)備：利用Olympus公司的0QC30RUSB超聲波使

捷應(yīng)力檢測(cè)器，通過超聲波脈沖中心頻率和波速變化測(cè)定應(yīng)力。

熱像儀與紅外激光測(cè)溫儀。這些儀器能夠在不同條件下提供表面

溫度變化情況，間接反映內(nèi)部應(yīng)力分布。

實(shí)驗(yàn)材料選用的是標(biāo)準(zhǔn)厚度的低合金結(jié)構(gòu)鋼板（如Q,規(guī)格符告

TSO630標(biāo)準(zhǔn)，尺寸為500mmx100mmx6mm,以確保樣品的--致性

和標(biāo)準(zhǔn)化處理。

為增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)的嚴(yán)謹(jǐn)性和可靠性，所選用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備及材料在實(shí)驗(yàn)

前均經(jīng)過充分的校準(zhǔn)和檢查，確保其在實(shí)驗(yàn)過程中提供準(zhǔn)確可靠的數(shù)

據(jù)。這些實(shí)驗(yàn)材料的均質(zhì)性和實(shí)驗(yàn)儀器的精確性共同保證了實(shí)驗(yàn)結(jié)果

的權(quán)威性與實(shí)用性。在實(shí)驗(yàn)過程中，是我們質(zhì)量控制的重點(diǎn)，會(huì)對(duì)材

料和儀器的工作狀態(tài)進(jìn)行定期檢查，確保實(shí)驗(yàn)的連續(xù)性與數(shù)據(jù)的一致

性。

2.3.2實(shí)驗(yàn)過程

在本實(shí)驗(yàn)中，鋼板殘余應(yīng)力的檢測(cè)采用了多種方法進(jìn)行比較，以

確保結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。實(shí)驗(yàn)過程嚴(yán)格按照預(yù)定的步驟進(jìn)行，確

保每個(gè)環(huán)節(jié)的嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性。

準(zhǔn)備工作：首先，對(duì)實(shí)驗(yàn)所用的鋼板進(jìn)行編號(hào)和基本情況記錄，

如尺寸、材質(zhì)、制造工藝等。對(duì)檢測(cè)設(shè)備和儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，確保測(cè)量

結(jié)果的準(zhǔn)確性。

樣品制備：根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，在鋼板上選取具有代表性的測(cè)試點(diǎn)，

制備合適的試樣。試樣的制備要確保不破壞鋼板的原有殘余應(yīng)力狀態(tài)。

檢測(cè)方法選擇：本次實(shí)驗(yàn)比較了多種鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)方法，包

括但不限丁X射線衍射法、超聲檢測(cè)法、磁記憶檢測(cè)法等。每種方法

都有其特定的操作條件和適用范圍。

實(shí)驗(yàn)操作：按照所選方法的操作要求，對(duì)鋼板進(jìn)行應(yīng)力檢測(cè)。操

作過程中，注意保護(hù)設(shè)備和人身安全，避免意外事故發(fā)生。

數(shù)據(jù)記錄與處理：在檢測(cè)過程中，實(shí)時(shí)記錄測(cè)量數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)

的準(zhǔn)確性和完整性。對(duì)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，得出鋼板的殘

余應(yīng)力分布和大小。

結(jié)果比較與分析：將不同檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，分析各

自的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論預(yù)測(cè)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

的可靠性和準(zhǔn)確性。

在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，我們嚴(yán)格按照操作規(guī)程進(jìn)行，確保實(shí)驗(yàn)結(jié)果

的準(zhǔn)確性和可靠性。通過對(duì)比不同檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，為鋼板殘余

應(yīng)力的檢測(cè)提供了有力的實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

2.3.3數(shù)據(jù)分析方法

在本實(shí)驗(yàn)中，為了深入理解和對(duì)比各種鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)方法的

效果，我們采用了多種數(shù)據(jù)分析手段。

對(duì)于每種檢測(cè)方法得到的數(shù)據(jù)，我們進(jìn)行了描述性統(tǒng)計(jì)分析，包

括計(jì)算平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最大值和最小值等，以概括數(shù)據(jù)的基本特征。

為了更直觀地展示各方法之間的差異，我們對(duì)各種方法的檢測(cè)結(jié)

果進(jìn)行了圖表化展示。通過繪制箱線圖、直方圖或散點(diǎn)圖等，我們可

以清晰地看到每種方法在不同鋼板樣本上的檢測(cè)結(jié)果的分布情況和

趨勢(shì)。

我們還采用了方差分析（ANOVA）來比較不同方法之間的檢測(cè)結(jié)

果是否存在顯著差異。通過計(jì)算F值和p值，我們可以判斷各方法之

間的差異是否具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

為了進(jìn)一步探究哪種方法在特定條件下表現(xiàn)更好，我們進(jìn)行了敏

感性分析。通過改變某些參數(shù)或條件，我們可以觀察不同方法在這些

變化下的響應(yīng)情況，從而為實(shí)際應(yīng)用提供更有針對(duì)性的建議。

通過描述性統(tǒng)計(jì)分析、圖表化展示、方差分析和敏感性分析等多

種數(shù)據(jù)分析方法，我們能夠全面而深入地了解鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)方法

的性能和差異，并為后續(xù)的研究和應(yīng)用提供有力的支持。

2.3.4結(jié)果與討論

在檢測(cè)精度方面，激光掃描法明顯優(yōu)于X射線法。激光掃描法可

以提供更為精確的殘余應(yīng)力值，而X射線法則受到材料密度、厚度等

因素的影響，可能導(dǎo)致誤差較大。

在檢測(cè)速度方面，X射線法具有明顯優(yōu)勢(shì)。由于其檢測(cè)過程簡(jiǎn)單、

快速，因此適用于對(duì)大量鋼板進(jìn)行快速檢測(cè)。而激光掃描法則需要較

長(zhǎng)時(shí)間進(jìn)行掃描和分析，對(duì)于大量鋼板的檢測(cè)效率較低。

在適用范圍方面，兩種方法各有特點(diǎn)。X射線法適用丁?各種類型

的鋼板，特別是對(duì)于較厚的鋼板有較好的檢測(cè)效果；而激光掃描法則

更適用于薄板和特殊材料的檢測(cè)，如不銹鋼、鋁合金等。

在安全性方面，激光掃描法相對(duì)較好。由于激光掃描過程中不會(huì)

產(chǎn)生輻射和有害氣體，因此對(duì)人體和環(huán)境的影響較小。而X射線法則

存在一定的輻射風(fēng)險(xiǎn)，操作人員需要采取相應(yīng)的防護(hù)措施。

在成本方面，X射線法相對(duì)較低。雖然激光?3描法設(shè)備價(jià)格較高,

但由于其檢測(cè)速度快、精度高，因此在長(zhǎng)期使用中可能節(jié)省更多的成

本。對(duì)于一次性檢測(cè)任務(wù)，X射線法可能是更為經(jīng)濟(jì)的選擇。

激光掃描法在檢測(cè)精度、速度、適用范圍和安全性等方面具有優(yōu)

勢(shì)，但也存在一定的局限性。在實(shí)際應(yīng)用中，我們需要根據(jù)具體的需

求和條件選擇合適的鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)方法。

三、實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較

通過X射線應(yīng)力計(jì)檢測(cè)方法得到的鋼板殘余應(yīng)力分布圖顯示出

了較高的清晰度和分辨率，特別是在應(yīng)力集中區(qū)域，可以準(zhǔn)確捕捉到

應(yīng)力變化的細(xì)節(jié)。這種方法需耍特定的X射線設(shè)備和較高的操作成本,

且對(duì)鋼板有一定的破壞性。

超聲波檢測(cè)法對(duì)測(cè)試材料的強(qiáng)度要求較低，且操作簡(jiǎn)便。超聲波

檢測(cè)法揭示了鋼板內(nèi)部的應(yīng)力分布情況，尤其是在厚度方向的應(yīng)力分

布較為均勻。但與其他方法相比，由丁?超聲波波形的復(fù)雜性和測(cè)試環(huán)

境的影響，超聲波檢測(cè)的準(zhǔn)確性可能有所下降。

渦流檢測(cè)法是一種非接觸式的殘余應(yīng)力檢測(cè)方法，它利用渦流在

鋼板表面形成的電流變化來推斷內(nèi)部應(yīng)力狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，渦流

檢測(cè)法能夠快速給出應(yīng)力分布的大致情況，但其精度和對(duì)微小應(yīng)力變

化的敏感性相對(duì)較低。

電阻應(yīng)變計(jì)檢測(cè)法通過粘貼在鋼板表面的應(yīng)變計(jì)來監(jiān)測(cè)應(yīng)力水

平的變化。這種方法具有較高的靈敏度和良好的重復(fù)性，能夠在各種

環(huán)境下穩(wěn)定工作。電阻應(yīng)變計(jì)能夠準(zhǔn)確反映鋼板表面的殘余應(yīng)力分布,

但需要考慮溫度影響筆因素。

綜合各個(gè)檢測(cè)方法的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我們可以發(fā)現(xiàn)沒有單一的方法能

夠針對(duì)所有類型的鋼板殘余應(yīng)力問題提供最佳的解決方案。在實(shí)際應(yīng)

用中，選擇合適的檢測(cè)方法應(yīng)根據(jù)測(cè)試的具體條件、精度要求、成木

因素以及實(shí)際操作的便利性等多方面因素綜合考慮。未來的研究或許

會(huì)開發(fā)出將多種檢測(cè)方法的優(yōu)勢(shì)融合在一起的新方法，以達(dá)到更高精

度的殘余應(yīng)力檢測(cè)。

3.1X射線法的殘余應(yīng)力分布情況

X射線衍射法（XRD）是一種常用且可靠的殘余應(yīng)力檢測(cè)方法。

該方法基于布拉格定律，利用X射線與晶體內(nèi)的原子發(fā)生衍射來測(cè)定

材料的晶面間距變化。殘余應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致晶面間距的改變，進(jìn)而影響衍

射峰的位置和強(qiáng)度。通過測(cè)量特定衍射峰的平移和寬度的變化，可以

定量分析材料的殘余應(yīng)力。

在本次實(shí)驗(yàn)中，采用XRD法對(duì)鋼板殘余應(yīng)力分布情況進(jìn)行了分析。

將探測(cè)器沿鋼板厚度方向掃描，多次測(cè)量不同位置的衍射峰數(shù)據(jù)。鋼

板在熱處理過程中產(chǎn)生明顯的殘余應(yīng)力，并且應(yīng)力的分布情況呈現(xiàn)非

均勻趨勢(shì)?？拷砻鎱^(qū)域的殘余應(yīng)力較高，隨著深度增加逐漸降低。

為了更直觀的展現(xiàn)殘余應(yīng)力分布情況，我們繪制了沿鋼板厚度方

向殘余應(yīng)力的分布圖。該圖反映了鋼板的不同位置存在的殘余應(yīng)力的

大小，有助于我們理解熱處理過程對(duì)鋼板殘余應(yīng)力產(chǎn)生的影響。

需要注意的是，XRD法僅能測(cè)量材料表面的殘余應(yīng)力，無法檢測(cè)

到深層區(qū)域的應(yīng)力。

3.2超聲波法的殘余應(yīng)力分布情況

超聲波法作為一種有效的非接觸式無損檢測(cè)技術(shù)，常被用來評(píng)估

材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力。該方法基于聲波在材料中傳播時(shí)速度與應(yīng)力變

化的關(guān)聯(lián)，通過測(cè)量超聲波在材料中傳播速度的微小變化，即可推測(cè)

材料內(nèi)部殘余應(yīng)力的分布情況。

超聲波法的基本原理是在材料表面施加超聲波脈沖，測(cè)量其元音

（即淺層反射波）和泊回（即深層反射波）的速度及振幅變化。殘余

應(yīng)力對(duì)于超聲波的速度有顯著影響：在壓應(yīng)力區(qū)域，聲波速度會(huì)加快;

而在拉應(yīng)力區(qū)域，聲波速度則會(huì)減慢。通過這種關(guān)系，結(jié)合彈性力學(xué)

理論，殘余應(yīng)力的分布可以被繪制出來。

通常會(huì)使用雙晶或多晶壓電換能器產(chǎn)生和接收超聲波頻，換能器

直接接觸鋼板表面，進(jìn)行往返傳遞。由于超聲波在不同方向上的傳播

速度受應(yīng)力影響不同，因此可以通過改變換能器的位置和方向來對(duì)鋼

板的各個(gè)位置和方向上的殘余應(yīng)力分布進(jìn)行精細(xì)探測(cè)。

超聲波法的一個(gè)顯著優(yōu)點(diǎn)是能夠進(jìn)行快速、連續(xù)的檢測(cè)，適用于

大面積的鋼板或者構(gòu)件的殘余應(yīng)力檢測(cè)。該方法的非破壞性，使得對(duì)

于同一樣品可以在不同時(shí)間點(diǎn)上多次測(cè)量，從而跟蹤材料隨時(shí)間的變

化情況。

超聲波法對(duì)操作人員的技術(shù)要求較高，對(duì)于細(xì)小的應(yīng)力變化敏感

度還不夠，且在結(jié)果解釋上需要一定的專業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)。超聲波的所

有檢測(cè)結(jié)果都需要進(jìn)行校準(zhǔn)，尤其是需考慮到聲波傳播過程中的衰減

以及在試件表面和內(nèi)部特征的反射效應(yīng)。

超聲波法在鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)中展現(xiàn)了其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和局限性。

它能夠?yàn)闅堄鄳?yīng)力分布的快速、非侵入式評(píng)估提供有效手段，但要求

操作者具備相應(yīng)的技術(shù)和判斷力。通過與其它檢測(cè)方法如X射線衍射

法、磁彈法等結(jié)合，可以獲得更為全面而且準(zhǔn)確的材料內(nèi)部應(yīng)力分布

信息。

3.3激光全息表明測(cè)量殘余應(yīng)力分布情況

激光全息法是一種先進(jìn)的無損檢測(cè)技術(shù)，廣泛應(yīng)用于鋼板的殘余

應(yīng)力檢測(cè)中。該方法基于光學(xué)干涉原理，可以直觀、準(zhǔn)確地展示鋼板

內(nèi)部的應(yīng)力分布狀態(tài)。在對(duì)比多種實(shí)驗(yàn)方法中，激光全息法因其高精

確度及高靈敏度而備受關(guān)注。

在實(shí)驗(yàn)過程中，首先需要對(duì)鋼板表面進(jìn)行預(yù)處理，確保表面的光

潔度和平整度。利用激光干涉儀在鋼板表面形成全息圖案，當(dāng)鋼板內(nèi)

部的殘余應(yīng)力發(fā)生變化時(shí)，全息圖案會(huì)相應(yīng)產(chǎn)生形變。這些形變信息

反映了鋼板內(nèi)部的應(yīng)力分布狀況。

通過激光全息法，我們可以獲得鋼板上各點(diǎn)的應(yīng)力分布情況，并

能夠以圖像的形式直觀地展示出來。該技術(shù)不僅能夠檢測(cè)鋼板的整體

應(yīng)力分布，還能定位到具體的高應(yīng)力區(qū)域和應(yīng)力集中點(diǎn)，為后續(xù)的鋼

板處理和使用提供了重要依據(jù)。

與其他檢測(cè)方法相比，激光全息法具有更高的精度和分辨率。它

能夠提供更為詳細(xì)的殘余應(yīng)力分布信息，有助于更準(zhǔn)確地評(píng)估鋼板的

質(zhì)量和性能。激光全息法也有其局限性，例如對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的要求較高,

操作相對(duì)復(fù)雜等。在實(shí)際應(yīng)用中需要結(jié)合具體情況綜合考慮使用何種

方法進(jìn)行殘余應(yīng)力的檢測(cè)。

激光全息法在鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)中具有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，特別是在精細(xì)

分析應(yīng)力分布方面，可為鋼板制造和使用過程中的質(zhì)量控制提供有力

支持。

3.4殘余應(yīng)力測(cè)量方法的比較

在鋼板殘余應(yīng)力的檢測(cè)中，各種測(cè)量方法都有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)和局

限性。本節(jié)將主要對(duì)幾種常見的殘余應(yīng)力測(cè)量方法進(jìn)行比較分析。

拉伸試驗(yàn)法是通過拉仰鋼板試樣來間接測(cè)量殘余應(yīng)力的方法，這

種方法操作簡(jiǎn)單，但受到材料彈性模量、屈服強(qiáng)度等因素的影響，可

能導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果存在一定的誤差。

壓縮試驗(yàn)法是通過壓縮鋼板試樣來測(cè)量殘余應(yīng)力的方法，該方法

能夠較為準(zhǔn)確地反映材料的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài)，但操作復(fù)雜，且對(duì)于厚度

較大的鋼板，壓縮成驗(yàn)的難度較大。

X射線衍射法通過分析鋼板表面衍射圖樣來計(jì)算殘余應(yīng)力。該方

法具有較高的精度和準(zhǔn)確性，但需要專業(yè)的設(shè)備和技術(shù)人員操作，且

對(duì)于某些特定材質(zhì)的鋼板可能不適用。

紅外熱像法利用紅外熱像儀拍攝鋼板表面溫度分布圖像，結(jié)合相

關(guān)算法推算殘余應(yīng)力。該方法無損、快速，但東?于鋼板表面溫度分布

不均勻的情況，測(cè)量結(jié)果可能產(chǎn)生較大誤差。

電磁超聲法通過電磁超聲換能器在鋼板表面產(chǎn)生振動(dòng)，再通過接

收回波信號(hào)來計(jì)算殘余應(yīng)力。該方法具有較高的靈敏度和分辨率，但

設(shè)備成本較高，且對(duì)于復(fù)雜形狀的鋼板測(cè)量難度較大。

各種測(cè)量方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體需求和條

件選擇合適的測(cè)量方法。為了提高測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，可以

結(jié)合多種方法進(jìn)行綜合分析。

四、結(jié)論

在不同類型的鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)方法中，激光多普勒法具有較高

的檢測(cè)精度和穩(wěn)定性，能夠有效地檢測(cè)出鋼板表面的殘余應(yīng)力。而超

聲波檢測(cè)方法雖然在某些情況下也能取得較好的檢測(cè)效果，但其受環(huán)

境因素影響較大，如溫度、濕度等，因此在實(shí)際應(yīng)用中需要根據(jù)具體

情況選擇合適的檢測(cè)方法。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，激光多普勒法在檢測(cè)鋼板殘余應(yīng)力方面具有明顯

的優(yōu)勢(shì)，尤其是對(duì)于大型鋼板的檢測(cè)更為適用。該方法操作簡(jiǎn)便、快

速，能夠?yàn)殇摪逯圃炱髽I(yè)提供準(zhǔn)確的殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)，有助于提高產(chǎn)品

質(zhì)量和降低生產(chǎn)成本。

在實(shí)驗(yàn)過程中，我們還發(fā)現(xiàn)激光多普勒法定鋼板表面的劃痕和損

傷有一定的容忍度，這使得該方法在實(shí)際應(yīng)用中具有一定的靈活性。

為了保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性，仍需對(duì)鋼板表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)那?/p>

洗和處理。

隨著科技的發(fā)展，激光技術(shù)在材料科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。

隨著激光設(shè)備的性能不斷提升和價(jià)格的降低，激光多普勒法有望成為

鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)的主要手段之一。我們還需要進(jìn)一步研究和發(fā)展其

他新型的殘余應(yīng)力檢測(cè)方法，以滿足不同領(lǐng)域的需求。

4.1鉆法X射線的優(yōu)勢(shì)與局限

鉆法X射線是一種廣泛應(yīng)用于鋼板殘余應(yīng)力檢測(cè)的技術(shù)，它利用

鉆源產(chǎn)生的特征X射線來分析材料的應(yīng)力分布。這種方法的優(yōu)點(diǎn)包括

高靈敏度和良好的空間分辨率.，特別是在檢測(cè)局部區(qū)域的高應(yīng)力點(diǎn)時(shí)。

鉆法X射線的另一個(gè)優(yōu)勢(shì)是它能夠提供相對(duì)非破壞性的測(cè)量結(jié)果，這

意味著測(cè)試過程不會(huì)對(duì)被檢驗(yàn)的鋼板造成物理?yè)p傷。這種技術(shù)還具有

快速分析的能力，可以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)或生產(chǎn)線上的實(shí)時(shí)應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

鉆法X射線檢測(cè)也有其局限性。其穿透能力有限，只能適用于較

薄