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摘要：当前在我国航天航空发展领域所使用的材料中，具有超高韧性和超高强度的铝合金厚板的应用变得越来越广泛，因此大量制造这种铝合金厚板变得尤为重要，但是有一个问题值得注意一下，那就是在制造这种铝合金厚板的时候会伴随有残余应力，而且这种残余应力是比较高的，因此我们要更加关注对铝合金厚板的残余应力的检测，以保证生产出的铝合金厚板合格。笔者在这篇文章里详细介绍了铝合金厚板的残余应力的几种检测方法，其中一些是具有超高精度而且操作非常简单的方法，希望能够帮助到有需要的人。
关键词：铝合金厚板；残余应力；检测方法
引言
社会的进步和发展会伴随着各种各样事物的产生，这一点适用于各个行业，所以具有超高韧性和超高强度的铝合金厚板的出现也就顺应了航空航天事业的发展，着眼于未来航空航天事业的发展方向不难看出会对这种厚板的需求越来越大，但是想要制造出这种符合要求的厚板通常情况下呢需要两个非常常用的方法，分别是固溶和淬火，但是这两个方法有会导致制造出的厚板具有一定的不均匀性，而且这个淬火应力就是在淬火过程中产生的，这种不均匀性和淬火应力必将会对厚板的性能产生一定的影响，从而使厚板的使用寿命减短。笔者写这篇文章的目的就是通过不同的检测方法检测铝合金厚板的残余应力，并且对各种检测方法进行细致的分析，看一下这些方法各自的优缺点是什么，以期能够找到一种综合来讲最优的方法，最大程度的降低铝合金厚板的残余应力。
1铝合金厚板的残余应力
在将铝合金厚板残余应力的检测方法之前，有必要了解一下到底什么是铝合金厚板的残余应力。首先，在目前航空航天领域中遇到的首要构造材料便是铝合金厚板，它在飞机框架、全体壁板、起落架、蒙皮等位置都有广泛的应用，并且它具有超高的强度、有优良的耐性和超强的断裂耐性，它的抗剥落腐蚀功能和抗应力能力也是非常不错的。而残余应力是指当物体没有外部因素作用时，在物体内部保持平衡而存在的应力。所以铝合金厚板的残余应力应该这样来理解，即当铝合金厚板在制造的过程中会受到各种工艺或者外界原因的影响，在这些因素都消失之后，铝合金厚板所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在铝合金厚板内，这种残留的作用与影响。就称为铝合金厚板的残余应力。
2铝合金厚板残余应力的检测方法
2.1硬X射线法
硬X射线法的别名叫做同步衍射法，大家都知道X射线具有高准直的特性和高强度，因此可以用来测量厚板内部的一些细微的应变，但是该物质却只能穿透一些拥有低原子序数的材料，原因在于X射线由于自身的一些特殊限制，它的衍射角通常只有5°～30°，因此该方法还是更多的应用于轻合金材料。使用硬X射线法测试铝合金厚板残余应力的优点是该方法可以用于对大块样品的测量，缺点是测试设备非常昂贵所以很少有人用这种方法。
2.2中子衍射法
自从上世纪八十年代开始就有用中子衍射法检测工件残余应力的案例，并且在国际上通常使用ISO/TS21432-2005这个标准来进行无损检测——用中子衍射测定残余应力的测试方法。并且北美和欧洲拥有较多的用中子衍射法进行应力检测的设备。因此虽然这种设备可以检测铝合金厚板的残余应力，但是在国内却很少听到相关的报道。中子射线可以比X射线穿透更深的物体，例如它可以穿透铝合金达20cm。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这种方法的缺点是采集数据需要较长的时间、操作相对复杂、设备比较昂贵、不适合日常使用。
2.3逐层钻孔法
逐层钻孔法的意思是在我们所要测量的铝合金厚板的样本的任意一点处开始向下钻孔，在不断深入的过程中这个小孔的四周会释放出相应的应变力，该应变就是一个新力，它的出现会打破样本内部原先的应力平衡，使样本内部形成新的应变场和应变力，我们可以通过贴在样品表面的应变片测量出释放的应变。但是要注意的是这种方法测量出的是样品沿横截面梯度方向上的应变，想要求得整体的应变还需要后续的计算。而且这种方法有一个缺点便是在测量样品的应变的同时引入了新的应力，会导致测量的精度不准，存在一定的测量误差。
2.4层削法
层削法和逐层钻孔法有相似的地方，二者测出的都是测量出的是样品沿横截面梯度方向上的应变，层削法还要用到的一项工艺是铣削（铣削是以铣刀作为刀具加工物体表面的一种机械加工方法），当然由于该工艺需要作用在测试样品上，所以不仅破坏了样片原先的残余应力，同时也加入了新的应力，这就导致了测量出的数据存在误差。
2.5超声波法
超声波法较之于前四种方法的一点优势在于其不用引入外力，并且这种方法可以检测较多种类的材料，适用面非常广；该方法的另一个优点是不仅检测深度更大，而且能够同时检测中心和表面的应力，所以可以检测一些较大的铝合金厚板的残余应力；该方法的第三个优点是操作相较于前三种检测方法来说比较简单，而且具有较快的测量速度，在大批量铝合金厚板的检测中具有更多的应用。但是呢它也有自身的缺点，在探测的过程中厚板内部的残余应力会对超声波的波速产生细微的影响，这种细微的影响会导致测量出的数据存在些许的误差。
通过对上述五种方法的介绍可以看出超声波法相较于前四种方法有明显的优势。但是每种方法都有各自相应的缺点，不过这也是无法避免的，因此在使用这些方法对铝合金厚板进行应力检测时可以将两种或者几种方法进行结合，取长补短，尽可能的将精度损失降到最低。
3结束语
因为目前的航空航天事业越来越多的用到铝合金厚板，因此生产出具有更少的残余应力的厚板可以极大的提高其安全性，但是目前还未有一个大家都广泛认可的方法来精确测量铝合金厚板的残余应力。在现有的方法中有些过于昂贵不适合被广泛使用，但是笔者认为超声波法还是一种较为不错的方法，不过我国目前常用的还是层削法。希望广大科学家和工作者继续努力以期能够找到更加行之有效的方法来进行检测。
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论文作者:马俊
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第36期
论文发表时间:2018/6/11
标签：厚板论文; 应力论文; 残余论文; 铝合金论文; 方法论文; 测量论文; 应变论文; 《建筑学研究前沿》2017年第36期论文;