切割法檢測柴油機葉片殘余應力

某柴油機是由Inconel 713 LC合金材料澆注而成，在工作期間葉片出現(xiàn)了裂紋甚至斷裂現(xiàn)象，經(jīng)過勘察后發(fā)現(xiàn)殘余應力是其發(fā)生裂紋的因素之一。為了進一步分析柴油機葉片裂紋產(chǎn)生的原因，生產(chǎn)廠家找到南京聚航，希望我們能夠?qū)θ~片進行殘余應力測量試驗，為結論提供數(shù)據(jù)依據(jù)。

殘余應力測量方案

殘余應力測量方法可分為機械釋放測量法和非破壞無損傷測量法兩大類。針對柴油機葉片的實際情況，聚航科技選擇分割切條釋放法。此方法基本思路是在垂直于要測量的殘余應力方向，用機械切割的方法把構件切成窄條，用電阻應變儀對切割前后構件的應變進行測試，并由釋放的應變和材料的本構關系即可得到構件的應力狀態(tài)。

在本次試驗中，選擇2個葉片進行殘余應力測量。根據(jù)柴油機葉片的開裂情況，選定切割方向垂直于開裂方向，亦即垂直于渦輪的半徑方向。儀器采用JHYC-16切割法應力測量系統(tǒng)，考慮到葉片截面上應力梯度可能較大，宜選用柵長較短的電阻應變片，敏感柵長度為0.2mm，沿葉片橫截面均勻布置8枚應變片。由于在線切割過程中要用冷卻液對切割部位進行冷卻，所以對電阻應變片要進行防水處理，具體做法是在電阻應變片及其連接部位均勻涂抹705硅橡膠（室溫固化）。

測試結果及分析

切割完畢待葉片溫度場完全穩(wěn)定后，讀取各測點的應變值，并根據(jù)下式計算應力：

σ=-E*Δε（1）

式中：σ為釋放的殘余應力；

E為材料的彈性模量，參照Inconel 718取220Gpa；

Δε為切割后測點的應變值與切割前的應變值之差。

表1和表2分別為測試葉片A和B的測試結果，殘余應力的分布圖如下。

從以上測試結果可以看出：

1. 測試得到的殘余應力基本滿足自平衡的特點，因此測試結果是合理的。

2. 在葉片A和葉片B中殘余應力的分布規(guī)律基本相同，即葉片邊緣為殘余壓應力，中間為拉應力。

3. 葉片A的殘余應力比葉片B的大，*大壓應力為-194.4Mpa，*大拉應力為77.4Mpa。實際上，由于切割的位置離粘貼應變片的位置存在一定距離，測試得到的應變值小于切割處實際釋放的應變，因此可以推斷葉片根部實際的殘余應力比測試的結果還要大。

4. 根據(jù)測試結果可以知道殘余應力過大是葉片產(chǎn)生裂紋甚至斷裂的主要原因之一。