[发明专利]高速列车车体残余应力测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用X射线衍射法测量残余应力的方法，特别涉及一种针对高速列车车体的残余应力测量方法。 

背景技术

中国高速列车制造技术已经跨入世界先进行列，高速列车的安全可靠性是保护列车稳定运行、促进高速列车制造技术向纵深研究发展的重要决定性因素。 

残余应力是影响高速列车安全可靠性的重要因素之一，它不但影响高速列车的制造尺寸精度，造成车体结构变形，而且残余应力的存在还会导致焊接缺陷（如裂纹）等的存在，并加速高速列车在运行过程中的应力腐蚀、腐蚀疲劳、动载疲劳等破坏形式。准确测量高速列车车体结构的残余应力大小和分布，对评价车体结构的各种机械、力学等性能，正确指导生产，提高车体结构的尺寸精度、抗应力腐蚀能力以及疲劳强度和疲劳可靠性具有重要意义。  

常用的残余应力测量方法有盲孔法、梳条法、超声波法、X射线衍射法、中子衍射法等。其中盲孔法、梳条法属于破坏性测量方法，无法在高速列车车体上得到有效的应用。超声波法可实现无损检测，但测试波动性较大，对于应力幅值较小的部位无法准确检测残余应力的大小及分布状态，测量重复性差，无法满足高速列车车体结构残余应力测量的需要。中子衍射法需建立大型原子反应堆作为发生源，无法将其应用在实际检测中。X射线衍射法原理最为成熟，该方法不会对构件产生破坏，也不会引入额外的附加应力，在航空航天领域已经得到较为成功的应用。 

中国高速列车的制造材料由碳钢、不锈钢、铝合金、镁合金等材料组成，在选择X射线衍射法进行残余应力测试时，需根据不同的测试条件选择表面处理技术和测量技术。 

发明内容

本发明主要目的在于解决上述问题和不足，提供一种测量方法简单，测量精确度高，且可实现无损、快速测量的高速列车车体残余应力测量方法。 

为实现上述目的，本发明的技术方案是： 

一种高速列车车体残余应力测量方法，包括如下步骤： 

（1）对X射线残余应力测试设备进行标定； 

（2）选定测试区域，对测试区域的表面进行处理，使其满足测量要求； 

（3）选定测试点，利用X射线衍射法对所选择的表面进行残余应力测试，并输出测试结果。   

进一步，在所述步骤（1）中，选用等强杆作为拉伸试样，至少同时采用拉伸应力理论计算、电测法、X射线残余应力测试设备对所述等强杆的残余应力进行测试和计算，进而对X射线残余应力测试设备进行标定。  

进一步，在所述步骤（2）中，表面处理具体包括对测试区域的表面进行焊缝余高去除，再利用电解抛光设备对表面进行清洗抛光，去除附加应力层，同时对由于附加应力层的去除导致应力释放引起的测量误差进行修正。 

进一步，对测试区域的表面进行清洗时，选用饱和NaCl溶液为抛光液。 

进一步，测试区域的表面粗糙度小于10μm。 

进一步，在所述步骤（3）的测试过程中，还包括以测试表面的水平面为基准，利用对焦针自动进行对焦的步骤。 

进一步，在所述步骤（3）的测试过程中，对测试区域内的测试点进行线扫描或面扫描，以测量残余应力的大小和分布。 

进一步，在所述步骤（3）中，测试结束后，输出测试结果包括残余应力分布的二维云图或三维云图。 

综上内容，本发明所述的高速列车车体残余应力测量方法,利用表面处理技术，结合标定技术，保证测量误差在合理范围内，可重复性高，测试结果偏差可以控制在±5MPa之内，并且具有无损、快速的特点，每个点的测量时间根据不同的测量要求可以控制在3min-10 min之内，减缓现场工作人员工作强度，经该表面处理技术处理后的车体材料及其构件，经过180万公里的行车试验后，验证了该表面处理技术对车体无损伤，可以确保行车安全。 

本发明不仅可以应用于高速列车车体，而且还可以应用于航空航天、船舶工艺、汽车工业、核电工业、锅炉压力容器、国防工业等大型装备制造业之中。 

附图说明

图1 是本发明等强杆结构示意图； 

图2 是图1的侧向视图； 

图3 是铝合金标定结果示意图； 

图4 是线扫描示意图； 

图5 是线扫描应力分布图； 

图6 是面扫描示意图。 

如图1至图6所示，等强杆1，母材2，焊缝3，测试点4。 

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：