ICS 77.040.10
GB
H 22
中华人民共和国国家标准
GB/T 31218—2014
金属材料 残余应力测定
全释放应变法
Metallic materials-Determination of residual stress-
Sectioning relaxation strain-gage method
- 华人民共和 国
国家标准金属材料残余皮力测定
全释放应变法 GB/T 312182014
中国标准出版社出版发行北京市都阳区和平里西街甲2号(100029) 北京市西城区三里河北街16号(100045)
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开本880X1230 1/16印张1.25字数26 平享 2015年7月第款2015年7月第次期
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2014-09-30 发布
2015-05-01实施
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中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局
中国国家标准化管理委员会 发布
GB/T 312182014 GB/T 31218—2014
GB/T 31218—2014
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目 次
精向州家力
前
蓝图规范性引用文术语和定义符号和说明联理设各和应变计副量步巢误差分析测量报告
2
6
25
蛋304 LR能的能亮/ms
:
+-.------+
图 B.4 复合板纵向和横向残余应力沿厚度方向的分布
附录A（资料性附录） 电应变计测量应变方法...........................7 附录B（资料性附录）电用皮变计洲量(焊缝)三向残余应力的方法 R-N切剂及其维正程序.*9 文献...3
12 GB/T 31218—2014
GB/T 31218—2014
这里E，和分则为弹性模量、泊松比和板的厚度，从方程中可以看出，应变变化量.是厚度的线性函数，面应力变化量。，由于，和。，在厚度方向的分事原周，就变得非线性了。
前言
因此，当切制织向事片时，在长轴X方向上的应力变化呈非线性，面应变变化是线性的，假定，了和分别代表上下表面的应变变化，娜么在不月Z坐标(深度)上的应力释放值见(式B2)：
, = E[a + (,r )Z/h]+ v(e, +s,) -.---( B,2 )
本标准按照GB/T1.1—2009给出的规则起革本标准由中国钢铁工业协会提出。 本标准由全国钢标准化技术委员会(SAC/TC183)归口。 本标准起草单位：武汉钢铁(集固)公司、中国科学院金属研究所、深圳万测试验设备有限公司、海军
在切取情向薄片时，不存在任何均匀的残余应力场。考患由于切制载面上应力的松总导致Y方向应力的变化情况，作用于该截面上的应力松导致了在Y方向上的应力应变变化，此时可以按上述织向薄片中行于Y-Z平面上应力松驰时导致的应力应变变化情况作类似考患，在这个载面上，应力 。，f，和o,被释效，若薄片足够单，可以将Y-Z平面看作对称平面，剪应力T。、T，的值款可以忽略，由于，的释放，导效在Y方向上的应力应变变化与厚度呈非线性关系，达是因为在此情况下，不存在沿Y 拍方向上的均句应力场，配且由于3，的释效放引起。，的变化，不过这个变化经数值分析表明并不明显，可以忽略，所以就可以从损判的横向薄片中直接测取厚度方向上的，分布，
工程大学，
本标准主要起草人：李荣修、陈怀宁、余立、部款、怒文杰、对冬，祝洪川、安建平、朱利洪、候毒量、 汪选国，
这样看案，切制模向薄片时产生的应力应变变化含，和，与厚度呈非线性关累，然面若把t，看作厚度的线性函数，报向残余应力3，的计算仍可以获得很好的精度，原因就在于，对厚度函数的线性编差是由残余应力，的释放引起的，其值最多是0.3倍的s，/E，该值的0,3倍，即0,09倍的，/E再贡款到，的计算中就显得较小了，如此假定，是厚度的线性函数后，款有下面的计算公式(式B3)：
, =E[M + (,r ,)Z/]+,
*( B.3 )
现在剩下的工作就是测取残留在织向和模向薄片中的残余应力。为了达到这一目的，可继续使用切片法，即将应变计粘贴这些板条的中间裁面上，在织向薄片上本平贴上测取限向应力的度变计，将测取横向应力和厚度方向应力的应变计按各自方向贴在模向薄片上，假定残留在各自薄片中的应力分别为和，则最终的X和Y方向的残余度力就由式(B4)计算，
5, =, +$ le, = , + $,
+(B,4 )
在一股的测量中，需要根据释放应变直接计算最终残余应力大小，同时急略厚度方向应力，的影响（当厚度不是很大时)，为方便使用，以下给出由于两次切制释放得到的上下表面的最终残余应力(6,5,)和(6,5,)以及不同厚度方向上的茂余应力、6,的计算公式式(B,5)式(B,6)和式(B,7);
C 1 yt
0,r = [(, + ) + v(, + ,e)]
[ [(F, + + v( + ] ( .5 )
E
= [(,e + ,) + v(t, + , )]
.---.(B,6)
[(,± + ,e) + (a + ,)]
± *
(a + (fa) + [, + (5, )
Fei
A
( + (+[ + () -
i
( .7 )
B.2 三向残余应力测定的修正程序
采用R-N全释改解创法测量或余应力时，如果线性和协调条件满是得好，测量的结果款更精确。 10 GB/T 31218—2014
GB/T 31218—2014
金属材料 残余应力测定
全释放应变法
范围
本标准规定了采用全释放法测定金属材料表面残余应力的术谱和定义、符号和说明、原理、测量设备、测量步案、试验报告。
U
本标准适用于各种金属材科一定体积单元内的平均宏观残余应力的别定。
图 A.1 半桥接法
图 A.2 全桥接法
A.4.8.2全桥接法：把两片轴向的工作片和两片湿度补偿片按图示方法接人应变仪的A，B，C,D接线增中，当试样轴向受力时，电阻应变仪即可测得对应试验力下的轴向应变e:，因为应变仪显承的应变是内片应变计的应变之和所以试样验向应变应为应变仅所显示值e多的一率，见式(A1)，
规范性引用文件
2
下列文件对于本文件的座用是必不可少的，凡是注日期的引用文件，仅注日期的服本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的够改单)适用于本文件。
e
+*******( A1 )
GB/T13992—2010金属粘贴式电阻应变计 JG623电图应变仪
3
术语和定义
下列术语和定义适用于本文件。 释放应变 relaxed strain At 在试件被切制后，由于原始残余应力场的郭放导致的应变变化量。 符号和说明本标准使用的符号及说明见表1，
3.1
4
表 1 特号和说明
说明
单位 MP ()
符号 E 被测材科的净性模量 P 量大应变与最大主院力的尖角-通时针为正 3 释放应变 r 应变计上应变模1的群效应变 t 应变计上应变标2的释效度变 M 应变计上应变模3的解效应变
我期材科的的检比 5; 暂室变计1方向的茂余应力
MPs
- GB/T 31218—2014
GB/T 31218—2014
表1(续) 说明
附 录 A （资料性附录）
特号 5; 治应变计3方向的残余应力 o, 沿工方南的我余家力(主应力方向) 8, 留方向的残余应力(主应力方向)
单位 MPs MPa MPs
电阻应变计测量应变方法
A.1 试验原理
将电阻应变计粘赔在试样表，通过电阻应变仪测量试样受力变形时所引起的电阻变化，并将其变化量转化为应变值。 A.2 试验仪器 A.2.1 测量用的静态电阳应变仅或动态应变仪应按JG623进行检验， A.2.2 电应变计应荐合GB/T13992—2010中的A级要求， A.3 试样 A.3.1 试样的制备及加工应符合本试验方法标准的规定要求。 A.3.2 考曲试样应符合相关试验标准或产品的技术要求规定。 A.3.3 试样尺寸应满是应变计的尺寸要求，对于矩形截面试样最小宽度不小于应变计基底宽度十2mm，对于因截面试样其平行长度部分直径应不小于10mm A.4试验 A.4.1外观检查应变计，丝概引线是否审固，电阻有无明显变化或出现累移等现象，每个应变栅之间的阻值编差最好不超过±0.10。 A.4.2试样贴片处应进行必要的机械打磨，表置租股度Ra在1.6pm~2.5μm为宜。用划针在测点处划出贴片定位线，用没有丙配或无水乙醇脱胎棉球将贴片位置及周围募洗干净，直至筛球法白为止。 A.4.3在应变计基底面涂抹一层薄薄的粘结胶，然后将应变计对准试样的贴片标记处，用一小片塑料薄膜盖在应变计上，再用大拇指掀压，从应变计一端开始作无滑动的落动，将应变计下的多余胶水或气泡排除。 A.4,4 推荐在控，压试样轴线两侧对称位置各贴一电阻应变计， A.4.5已安装完毕的电图应变计，应进行应变计质量检查，检查是否有断丝现象，阻值是否与原来相同，绝缘电阻是否满足测量要求， A,4,6测量导线与应变计引出线连接的焊点要小面率固，并保证焊点与被测表面的良好绝缘 A.4.7 导线烨好后，要进行良好的围定，在源和离环境下，应对应变计及其附近区域均匀净上防护层， A,4.8 电阻应变计与应变仅的桥路连接通常采用率桥(见图A,1)或全桥（见图A.2)方式连接。 A.4.8.1半桥接法；将试样两侧各粘贴的沿轴向周电阻应变计(简称工作片）的两确分期接在应变仪的 A，B接线喷上，品度补偿片接到应变仅的B，C接线编上，当试样轴向受力时，电阻应变仅印可测得对应试验力下的拍间应变e。
原理在含有我余应力的试件中（如焊接试板），由于材料的整体性经分制切换后，原切制试件中残余应力就要发生变化（所调的应力释放，见图1)，导致试块的尺寸电要发生相应变化：控应力区材料缩短，压应力区材料伸长，这种缩短或伸长的变化量可以由长度敏感的测试元件获得，如电阻应变计或机裁引伸仪，测得的相对长度变化量就是应变变化，即释效应变。 ，附录A介绍了电阻应变计测量应变方法。
释放应变与残余应力的关系始终满足虎克定律，根据 一维和二维应力场（由不同类型的应变计获得)，果用7,8中相应的计算公式即可求出最终的残余应力大小， 在附录B推荐了三维应力场的测量方法，
翼格
加线 8(82-8B(段 # V
coee V 应套计
toins
图 1 全释放应变法测量残余应力示图
设备和应变计 6.1 应变记录
应变仪至少应满是JG623中的1.0圾要求，并应经计量部门定期检定，连接应变计和应变仪的导线应尽量短，一般不应超过10m， 6.2 皮变计 6.2.1宜速用图2所示的单向、双向或三向应变计。图2e)中敏滤据1和敏够播3或90，数感摄2与敏感插1或45"或135*，营用的应变计为营品销式应变计（花），电阻值为1200或600. 6.2.2 为了测量的方便性和准确性，所选用的应变计(花)外形基底尺寸不宜太大，长宽尺寸推荐5mm ~10mm;感栅的长克尺寸为1mm~3mm
a GB/T 31218—2014
GB/T 31218—2014
测量报告测量报告至少应包括如下内客：
本标准编号； b) 测点位置；
a)
测试条件说明，包括被测试材料牌号，所果用的应变计等； d) 我余应力测量结果。
c)
b)双向
a) 单向
c) 三向
图 2 全释放应变法测量残余应力用应变计示章图
测量步票 7.1 被测构件的表面准备 7.1.1确定测量位置
7
测量位置的划定原则是根据应力分布特点和应力分析要求进行，还需考患被测构件表面附近的实际空闻状态， 7.1.2表面处理
对于不平整的测量表面，如焊缝或氧化皮等，需事先进行适当的磨光处理，采用机核磨制有可能引人新的应力，打磨时要用力均匀，适当，轻柔，恶免磨制量过大致使品度过高面产生新的应力，经过相磨的或原始平整的表面，采用措光移布轮进行揽光处理，或直接采用100一200样的矽布（纸)，在平整的表面作手工打旁处理，打旁时可在两个相互垂直的方向上案回进行。 7.2 应变计的选用 7.2.1 报据不同的应力场选用相应应变计：单向应力场逸用单向应变计，双向应力易选用双向或三向度变计， 7.2.2如要测量确定方向的平面应力，可直接选用双向应变计，粘赔应变计时应使两个相互垂直的应变需与所求应力的方向平行；如要测量主应力大小和方向，则应选用三向应变计。 7.3粘贴应变计 7.3.1 按应变计生产厂家的推荐要求粘贴应变计，构件表面应事先进行彻庭的清洗和股脂。 7.3.2 等持10min或更长时间，潜与应变计表面平行方向缓慢揭起塑料膜，仔细观察应变计，确保粘贴率图。 7.3.3 应变计自然干燥1h左右，检查应变平衡情况，如果出现读数明显不稳的情况，应查我原因并解决，无法解决的应重新贴片。 7.3.4如条件客许，可以将工件整体放入烘箱进行60℃~70C保温0.1h~1h(取决于板厚)的升温干短，不能放入烘箱的可采取局部加热保温的办法，使包含应变计的材料经受高温烘烤，董免后期切制加工引起应变计读数累移 GB/T 31218—2014
GB/T 31218—2014
7.4 应变计防护 7.4.1应变计经过高温供烤后进行表面防护， 7,4.2 应变计防护前应将应变栅引出线固定好，助护用的物质可以根据切剂时的环境造用石蜡、环氧树脂、硅胶等， 7.4.3 由于需要进行切制，应变计的防护十分重要，目的是避免应变计受潮和整。 7.5应变初值的读取
7.7 释放应变的获取
切制完毕后，待切制试快冷却到室温环境时，读取此时的应变平衡值，用该值减去切制前的打始应变值即可得到释放应变， 7.8 数据处理
全释放应变法的残余应力计算采用经典的虎克定律；采用单间应变计用式(1)计算：
, =E
( 1 )
应变计防护结束后，进行应变计衍始平衡值的读取并记录，经过1h～12h后可再次读取初值并进行比较，如果2次的应变输出值相差较大，如大于50，应闻隔相同的时间再次读取。如第2次和第 3次的读数差值仍然大于50u，则应重新贴片，
采用双向应变计用式(2)计算：
( + ,) E
d =.
( 2 )
切制分块 7.6.1 在获得稳定的初始应变读数后，就可以采用必要的方法实行工件或试板的切制分块。 7.6.2 初制的目的是让包含应变计单元的材料与周围分高，国面切制工具可以是各种铝切设备、线切制设备、套孔钻具等， 7.6.3为恶免切别过程中引起包含应变计的材料单元品度升高超过事先烘烤的温度，应在切制过程中注意降湿，推着采用自然降温法，必要时也可采用输助冷却波，冷却液最好是地缘体。 7.6.4切制联序一般不作规定，但应尽量从利于切刻块散热角度出发，先切易于升品的试块，如相关标准无特球规定，在图1中，一股先按切割线1进行切制，然后按切割线2～切制线7进行。锈制线8也可以不选行（实际上此时的应力已经释放），但要保证切制线2势则线7应该足够深，建议超过应变计栅端10 mm 以上(见图 3),
7.6
(, + ,)
4
采用三间应变计用式(3)计算；
tam28_ 205106 06
( 3 )
; ,
[( +)(28 其中：β是，、，中的较大值与最大应力的奕角，递时针为正，范图士/4，单位强度。 如直接求解主应力，则有：
1 v 2
/2
-
([( + ) ± /(, f) + (, , 夹角β求解方式同上，意义为中的较大值与最大主应力的夹角。 误差分析任何一种残余应力的测量方法均会产生一定的误差。全释放应变法测量残余应力的主要误差来累有以下几个方置：残余应力场的不均匀性、应变计粘赔质量、切制过程的可事性等， 8.1 残余应力的影响残余应力频的不均匀性分为平面不均与性和厚度方向不均均性，两者均对残余应力测量结果造成影响，影响程度一方面取决于不均匀性的梯度，一方面取决于切制试块的大小， 8.2 应变计粘贴质量 8.3 切割过程可靠性在切制过程中，要保证湿升低于应变计烘烤湿度，要使切制边缘尽量接近应变计，利于应力完全释放；但又要保证一定的距离，通免切制边的望性变形和高温造成附加度力，一般推荐的边缘距高为
-( 4 )
, 1 2
2
8
M
etee
wain s
D
图 3 切制线深度示意图
度变计的粘贴应保证股底整体均匀，同时胶层不能太厚
7.6.5 除非相关产品标准有特媒规定，为了使庭力释放完全，理论上切制的试决超小越好。但是过小的试块不仅增加切制难度，同时可能造成应变计升品过高基至引人切削应变，一股情况下，采用达长为 10mm~20mm的正方形尺寸比较合适，应力梯度越大，切制换应魅小，应变栅尺寸的长宽尺寸也度基量小，
7.6.6初制一般只在平面内进行。如果厚度方向应力梯度较大，还需要沿厚度方向进行分解 7.6.7 如果切制不能当天一次完或，建议记录中阅数据，作为最终数据之参考。
3 mm~5 mm,
15 GB/T 31218—2014
GB/T 31218—2014
7.4 应变计防护 7.4.1应变计经过高温供烤后进行表面防护， 7,4.2 应变计防护前应将应变栅引出线固定好，助护用的物质可以根据切剂时的环境造用石蜡、环氧树脂、硅胶等， 7.4.3 由于需要进行切制，应变计的防护十分重要，目的是避免应变计受潮和整。 7.5应变初值的读取
7.7 释放应变的获取
切制完毕后，待切制试快冷却到室温环境时，读取此时的应变平衡值，用该值减去切制前的打始应变值即可得到释放应变， 7.8 数据处理
全释放应变法的残余应力计算采用经典的虎克定律；采用单间应变计用式(1)计算：
, =E
( 1 )
应变计防护结束后，进行应变计衍始平衡值的读取并记录，经过1h～12h后可再次读取初值并进行比较，如果2次的应变输出值相差较大，如大于50，应闻隔相同的时间再次读取。如第2次和第 3次的读数差值仍然大于50u，则应重新贴片，
采用双向应变计用式(2)计算：
( + ,) E
d =.
( 2 )
切制分块 7.6.1 在获得稳定的初始应变读数后，就可以采用必要的方法实行工件或试板的切制分块。 7.6.2 初制的目的是让包含应变计单元的材料与周围分高，国面切制工具可以是各种铝切设备、线切制设备、套孔钻具等， 7.6.3为恶免切别过程中引起包含应变计的材料单元品度升高超过事先烘烤的温度，应在切制过程中注意降湿，推着采用自然降温法，必要时也可采用输助冷却波，冷却液最好是地缘体。 7.6.4切制联序一般不作规定，但应尽量从利于切刻块散热角度出发，先切易于升品的试块，如相关标准无特球规定，在图1中，一股先按切割线1进行切制，然后按切割线2～切制线7进行。锈制线8也可以不选行（实际上此时的应力已经释放），但要保证切制线2势则线7应该足够深，建议超过应变计栅端10 mm 以上(见图 3),
7.6
(, + ,)
4
采用三间应变计用式(3)计算；
tam28_ 205106 06
( 3 )
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1 v 2
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-
([( + ) ± /(, f) + (, , 夹角β求解方式同上，意义为中的较大值与最大主应力的夹角。 误差分析任何一种残余应力的测量方法均会产生一定的误差。全释放应变法测量残余应力的主要误差来累有以下几个方置：残余应力场的不均匀性、应变计粘赔质量、切制过程的可事性等， 8.1 残余应力的影响残余应力频的不均匀性分为平面不均与性和厚度方向不均均性，两者均对残余应力测量结果造成影响，影响程度一方面取决于不均匀性的梯度，一方面取决于切制试块的大小， 8.2 应变计粘贴质量 8.3 切割过程可靠性在切制过程中，要保证湿升低于应变计烘烤湿度，要使切制边缘尽量接近应变计，利于应力完全释放；但又要保证一定的距离，通免切制边的望性变形和高温造成附加度力，一般推荐的边缘距高为
-( 4 )
, 1 2
2
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M
etee
wain s
D
图 3 切制线深度示意图
度变计的粘贴应保证股底整体均匀，同时胶层不能太厚
7.6.5 除非相关产品标准有特媒规定，为了使庭力释放完全，理论上切制的试决超小越好。但是过小的试块不仅增加切制难度，同时可能造成应变计升品过高基至引人切削应变，一股情况下，采用达长为 10mm~20mm的正方形尺寸比较合适，应力梯度越大，切制换应魅小，应变栅尺寸的长宽尺寸也度基量小，
7.6.6初制一般只在平面内进行。如果厚度方向应力梯度较大，还需要沿厚度方向进行分解 7.6.7 如果切制不能当天一次完或，建议记录中阅数据，作为最终数据之参考。
3 mm~5 mm,
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