表面涂層材料的殘余應(yīng)力測量技術(shù)

南京聚航科技采用電測盲孔法測量表面涂層材料的殘余應(yīng)力，在試件和表面涂層結(jié)構(gòu)上進(jìn)行測試，大量客戶案例證明，此方法可*、有效，可在實(shí)際工程中使用，為解決表面涂層“爆裂”等問題，提供了有效的測定殘余應(yīng)力手段。

在實(shí)際工程中，廣泛采用表面涂層技術(shù)，由于涂層材料與基體材料的熱膨脹系數(shù)等特性不同，在進(jìn)行各種加工處理，特別是熱處理后，表面涂層會產(chǎn)生殘余應(yīng)力而使涂層爆裂甚至剝落。這些問題的出現(xiàn)，使化工廠的化工容器報(bào)廢，造成的直接經(jīng)濟(jì)損失，每年可達(dá)百萬元。根據(jù)現(xiàn)有的各種殘余應(yīng)力測量方法的比較，選擇使用JH系列盲孔法殘余應(yīng)力測量儀配合JHZK殘余應(yīng)力鉆孔裝置，此方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于金屬材料的測量，經(jīng)過多次案例驗(yàn)證，在各種涂層厚度、基體厚度的試件及內(nèi)壁涂有涂層的容器進(jìn)行測量，結(jié)果可*，有效。

1、表面涂層材料的殘余應(yīng)力測量原理

測量表面涂層材料的殘余應(yīng)力使用鉆孔法，鉆孔法是在具有殘余應(yīng)力的的構(gòu)件上鉆一小孔，使孔區(qū)域部分由于應(yīng)力釋放而產(chǎn)生相應(yīng)的位移和應(yīng)變，測量這些位移或應(yīng)變，經(jīng)換算可得到結(jié)構(gòu)內(nèi)的殘余應(yīng)力。

2、表面涂層材料的殘余應(yīng)力測量技術(shù)

2.1應(yīng)變片的選擇和粘貼

涂層表面光滑且耐腐蝕，為使試件的應(yīng)變能很好地傳遞給應(yīng)變片，須選用合適的應(yīng)變片及粘貼劑，應(yīng)變片的基底要薄，不宜采用小柵長的應(yīng)變片，盡可能增加粘貼面積，確定孔邊與絲柵端部有一定距離?？刹捎?/span>JH系列應(yīng)變片粘結(jié)劑，在粘貼前用*號砂紙將貼片區(qū)表面打磨，清洗干燥后，即可粘貼，指壓時(shí)間需長一些，干燥后便可測試。

2.2釋放系數(shù)A、B值的標(biāo)定

對于表面涂層殘余應(yīng)力的測試，A、B系數(shù)值的大小還與涂層厚度、基體厚度等有關(guān)，一般情況下采取實(shí)驗(yàn)標(biāo)定的方法獲得。在實(shí)驗(yàn)標(biāo)定時(shí)，由于涂層材料易脆裂，可采用等強(qiáng)度懸臂梁而不用拉伸試件，并以砝碼加載的方式進(jìn)行標(biāo)定。

為進(jìn)一步研究各種因素對A、B釋放系數(shù)的影響，可采用計(jì)算力學(xué)的有限元法計(jì)算出鉆孔力學(xué)模型的數(shù)值解，形成鉆孔法理論分析的依據(jù)，對提高測試精度、分析測試系統(tǒng)誤差都十分必要。

從有限元分析可知，為了準(zhǔn)確地測量涂層殘余應(yīng)力，要考慮各種因素對A、B釋放系數(shù)的影響，一般情況下，可忽略泊松比的變化，但要考慮材料彈性模量、涂層厚度的不同，其A、B系數(shù)是不同的。在某一涂層厚度、彈性模量下標(biāo)定得到A、B值用于其他情況時(shí)，須根據(jù)有限元計(jì)算結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的修正，得到相應(yīng)的A、B值，這樣也可減小試驗(yàn)標(biāo)定的工作量。

2.3打孔方法和附加應(yīng)變

實(shí)驗(yàn)采用金剛石細(xì)砂制成的特殊鉆頭。實(shí)驗(yàn)表明，這種打孔鉆頭，不僅能在鋼材上打孔，且能在涂層上有效打孔。在打孔時(shí)需注入變壓器油，以減少磨損及摩擦發(fā)熱；采用這種打孔方法產(chǎn)生的附加應(yīng)變很小，附加應(yīng)變可忽略不計(jì)。

2.4打孔深度

與有限元計(jì)算一致，實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)孔深超過1.5倍孔徑時(shí)，試件表面上的應(yīng)變計(jì)已感受不到內(nèi)部釋放的應(yīng)變，因此在測試時(shí)，控制孔深稍大于1.5倍孔徑即可。

2.5溫度效應(yīng)

一般情況而言，涂層材料的導(dǎo)熱系數(shù)低，因此不宜在應(yīng)變片上覆蓋保護(hù)層；為取得較好的溫度補(bǔ)償作用，采用逐點(diǎn)補(bǔ)償方法，另外，在打孔后因摩擦生熱而產(chǎn)生的應(yīng)變讀數(shù)有變化，需等待幾分鐘，應(yīng)變讀數(shù)穩(wěn)定后再進(jìn)行測試。