【干货分享】钻孔法测残余应力的优势
随着我国工业制造水平的不断提升，残余应力问题日益受到重视。准确测试和控制残余应力可以达到改善材料性能、提升尺寸精度、延长寿命等目的，进而提升关键工程构件的安全性和可靠性。因此，残余应力检测技术在航空航天、核电、船舶制造等领域发挥着重要作用，为工程构件力学性能研究和安全评估提供关键数据支持。
残余应力检测经过近百年的发展，至今已形成了十余种检测方法，东莞材料基因高等理工研究院（CEAM）针对常用的残余应力检测技术推出系列干货，对各检测方法进行逐一介绍，本文主要介绍——️钻孔/盲孔法。
️- 钻孔/盲孔法 -
️（一）技术原理：
钻孔法，也称盲孔法或小孔法，其测试原理为在材料表面预先粘贴应变片，在应变片上钻一个小孔以破坏原有应力平衡，使小孔周围区域产生弹性应变，通过应变片测试应变，并借助弹性力学计算表面的残余应力。
️（二）成孔方法：
钻孔法根据成孔方法可分为4 类：
️（1）低速钻孔法
转速一般介于至1000r·min−1至10000r·min−1；
成本低，操作简便，广泛应用于工程实践中；
️（2）高速钻孔法
转速可达到400000r·min−1；
可实现分层钻孔，钻孔过程的附加应变小；
️（3）喷砂打孔法
适用于对表面粗糙度要求不高的情况，但对操作环境有一定要求；
️（4）电化学成孔法
成孔效率低，对设备和技术要求较高；
️CEAM钻孔法：
️表面滚压轮毂的残余应力测量
该轮毂表面采用滚压工艺加工，其表面压应力可以提高轮毂使用寿命。东莞材料基因高等理工研究院（CEAM）采用先进的高速钻孔法残余应力测量技术，测量分析了铝合金轮毂表面的残余应力分布。
铝合金轮毂材料弹性模量：72GPa 泊松比：0.33
铝合金轮毂内表面沿深度的残余应力分布
️（三）相关标准：
盲孔法最早由德国学者Mather于1934年提出，至今已得到大量的研究。美国材料与试验协会（ASTM）于1981年正式颁布了《小孔法测量残余应力标准试验方法》标准，后经过多次修订不断完善，形成了现有的️ASTM E837-20标准。我国也发布了包含高速钻孔方法A和低速钻孔方法B的️GB/T 31310— 2014《金属材料 残余应力测定 小孔应变法》标准。
️（四）优势特点：
钻孔法具有设备简单、成本低廉、操作便捷等优势，可对大型构件进行现场测试。尤其是分层钻孔残余应力测量技术，可以实现表面2毫米深度内残余应力的分布检测，特别适合喷丸、滚压等表面处理后的工件残余应力表征。
️CEAM钻孔法：
️喷丸表面处理的钛板残余应力测量
钛板材料弹性模量：104GPa， 泊松比：0.33
钛板喷丸表面沿深度的残余应力分布
目前，分层钻孔法残余应力测量设备大多由欧美进口，设备昂贵，这是制约该方法在国内大规模应用的一个重要因素。
CEAM针对钻孔法残余应力检测手段，引进了意大利的SINT MTS3000高速气动钻孔测量系统，并且还按照GB/T 31310-2014标准，自研了电钻分层钻孔测量设备，可获得不同钻孔深度的残余应变释放量，为表面残余应力分布的测量，尤其是现场测量提供了新的检测手段。
残余应力直接影响工程构件的加工质量、服役安全和使用寿命，选择合适的检测技术往往能产生事半功倍的效果。目前，主要的残余应力检测技术有X射线衍射法、中子衍射法、超声临界折射纵波法、磁测法、压痕应变法、仪器化压入法、FIB-DIC、小孔法、深孔法、环芯法、轮廓法等。️下表1汇总了目前常用的残余应力检测技术的原理、适用范围、相关标准、优缺点等。
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不同技术各有优缺点，进行选择时需注意综合考虑测试目标、成本和时间、测试环境、材料类型、试样形状尺寸、测试深度、空间分辨率、结果不确定度、设备、操作人员经验和残余应力特征等因素。️下表2罗列了常见因素及考虑重点。
▼点击表2可放大查看▼
️ 我 们 是 CEAM
️东莞材料基因高等理工研究院（CEAM）是广东省和东莞市人民政府大力支持下创立的省级新型研发机构，专注从事材料检测分析和金属增材制造领域。在松山湖科学城设立了12000㎡的研发共享实验平台， 投入设备价值超2亿元，配套了完整的材料研发、制备、表征和检测评价等高端科研与专业检测仪器设备，为工业领域的材料与装备制造提供一站式技术解决方案和专业咨询服务。
研究院下设检测分析中心和增材制造中心，针对不同领域方向设有11大实验室。其中针对残余应力检测方向设有️残余应力实验室，实验室拥有多项高、精、尖检测手段，包括X射线衍射法、钻孔法、轮廓法、中子衍射法、FIB-DIC等，从表面到内部的三维残余应力检测，针对不同工艺的复杂样件可开展不同尺寸、不同空间分辨、不同测量深度的全尺度、多角度的残余应力检测服务。
接下来
CEAM将继续推出干货内容
对目前常用的残余应力检测技术
进行逐一介绍
敬请期待！
