[发明专利]用于压痕法测量残余应力的装置及其使用方法

说明书

本发明公开了用于压痕法测量残余应力的装置，包括刚性支撑件、直线电机、旋转电机、压头组件、压力传感器及位移传感器，刚性支撑件包括顶板、底板及2个侧板，压力传感器固定于刚性支撑件的顶板上方，所述直线电机位于压力传感器的上方，所述旋转电机设置在刚性支撑件的顶板与底板之间，所述刚性支撑件的底板中部设置压头孔，所述压头组件的一端穿过压头孔与旋转电机连接，所述位移传感器通过传感器夹具固定在刚性支撑件的侧板外壁。该装置将位移传感器设置于刚性支撑件外侧，旋转电机设置于刚性支撑件内部，施加载荷时，通过刚性支撑件直接对压头施加压力，减小了压头轴线上由于各部件的装配间隙以及受压变形带来的虚假位移，减小了测试误差。

技术领域

本发明涉及压痕法测量残余应力设备的技术领域，具体涉及一种用于压痕法测量残余应力的装置及其使用方法。

背景技术

有害残余应力的存在会削弱结构的强度，大大增加产品失效损坏的风险。尤其在在能源、化工、航天、交通等重大装备制造业中，残余应力的检测和控制越来越受到技术人员的关注。近年来有学者提出采用努式压头测量非等轴残余应力，测量时需要改变努式压头的水平角度(0°、45°、90°及135°)进行多次压入，获得不同角度下的压入曲线，从而计算出残余应力的大小和方向。这种旋转操作采用手动调整会造成测试误差，并且由于需要频繁改变角度，也给操作带来极大的不便，限制了测试效率。针对这一问题，专利CN110261021A公开了一种适用于测量非等轴残余应力的旋转压头组件，在直线电机与压头之间安装一个旋转电机实现自动旋转功能，然而由于直线电机、旋转电机、载荷传感器、位移传感器等部件均耦合在压头组件的轴线上，这会降低压头组件的整体刚度。当施加载荷时，各部分之间由于装配间隙以及自身受压变形造成的轴向位移均被位移传感器记录为压头压入深度，这对于实际压入深度仅为几十到一百微米的实验来说无疑会大大增加误差。此外，残余应力的测量还对测试点的位置有严格要求，例如在测量焊接残余应力时需要关心焊接热影响区的应力状态，而由于压头尺寸较小以及测试设备的阻挡，很难精确定位到待测点的位置，不便于确定待测点的位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于压痕法测量残余应力的装置，整体结构紧凑，减小了由于零件装配带来的误差。

本发明具体采用如下技术方案：用于压痕法测量残余应力的装置，包括刚性支撑件、直线电机、旋转电机、压头组件、压力传感器及位移传感器，所述刚性支撑件包括顶板、底板及2个侧板，所述压力传感器固定于刚性支撑件的顶板上方，所述直线电机位于压力传感器的上方，所述旋转电机设置在顶板与底板之间，所述刚性支撑件的底板中部设置压头孔，所述压头组件的一端穿过压头孔与旋转电机连接，所述位移传感器通过传感器夹具固定在刚性支撑件的侧板外壁。

优选的，所述压头组件包括压头、压头托及压头杆，所述压头孔的直径大于压头杆的直径且小于压头托的直径，所述压头及压头托位于刚性支撑件的底板的下方，所述压头固定在压头托底部，所述压头杆的一端与压头托固定，所述压头杆的另一端穿过压头孔通过联轴器与旋转电机的输出轴连接。

优选的，所述联轴器包括上半联轴器及下半联轴器，所述上半联轴器及下半联轴器通过螺柱连接，且螺柱上套设有弹性体。

优选的，所述弹性体为弹簧或弹性套。

优选的，所述传感器夹具包括夹具座及2个夹板，所述夹具座固定在刚性支撑件的侧板外壁上，2个夹板之间形成夹具孔，所述位移传感器固定在夹具孔内。

优选的，所述位移传感器的检测端的伸出位置高于压头。

优选的，所述刚性支撑件的底板底部设置有微距摄像头。

本发明的另一目的是提供一种用于压痕法测量残余应力的装置的使用方法，包括以下步骤：