Quelles sont les méthodes de détection du stress résiduel?

Le stress résiduel fait référence à l'état de stress interne qui reste dans un matériau même en l'absence de charges externes. Cet état de contrainte est généralement induit par des facteurs tels que les champs de température inégaux, la déformation plastique ou les changements de phase pendant des processus tels que l'usinage, le traitement thermique et le soudage. La présence de stress résiduel a un impact significatif sur les propriétés mécaniques du matériau, la durée de vie de la fatigue, la résistance à la corrosion et d'autres caractéristiques. Par conséquent, la détection avec précision du stress résiduel est cruciale pour assurer la qualité et la sécurité des produits. Cet article introduira plusieurs méthodes couramment utilisées pour détecter le stress résiduel et analysera leurs avantages, leurs inconvénients et leurs gammes applicables.

1. Méthode de test mécanique

La méthode de test mécanique est une approche indirecte pour évaluer la contrainte résiduelle en mesurant de petits changements dans les dimensions d'un objet. Les instruments courants utilisés comprennent des jauges de contrainte, des micromètres et des étriers micrométriques internes. Le principe de base de cette méthode est que lorsque la contrainte résiduelle existe dans un matériau, ses dimensions (telles que la longueur, le diamètre, etc.) subiront de légères changements. En mesurant précisément ces changements et en appliquant des principes de mécanique élastique, la contrainte résiduelle dans le matériau peut être estimée.

Avantages:

Fonctionnement simple et faible coût.

Faible exigence de l'équipement, ce qui facilite la mise en œuvre.

Inconvénients:

Capable de détecter la contrainte résiduelle à la surface du matériau, avec une mauvaise efficacité pour détecter les contraintes internes.

La précision de mesure est influencée par divers facteurs, tels que la sélection des points de mesure et la précision des instruments de mesure.

2.Méthode du trou aveugle

La méthode du trou aveugle est une technique de test destructrice qui implique de percer un petit trou à la surface d'un objet pour libérer la contrainte autour du trou. La contrainte résiduelle est ensuite déduite en mesurant les changements de déformation avant et après le trou. Cette méthode a été proposée par le savant allemand Mathar en 1934 et est depuis devenu une méthode relativement mature pour détecter le stress résiduel.

Avantages:

Convient pour mesurer les champs de stress résiduel avec des gradients importants.

Fournit une précision de mesure élevée, en particulier pour les mesures de contrainte résiduelle de surface.

Inconvénients:

Il s'agit d'une méthode d'essai destructrice, qui cause des dommages à l'objet.

Le processus de mesure est complexe et nécessite des opérateurs qualifiés et des équipements spécialisés.

3. Méthode de diffraction des rayons X

La méthode de diffraction des rayons X est utilisée pour mesurer la contrainte résiduelle en utilisant le phénomène de diffraction des rayons X dans les matériaux cristallins. Lorsque les rayons X sont dirigés vers un matériau cristallin, la diffraction se produit et l'angle de diffraction est lié aux constantes de réseau du cristal. En mesurant la variation des angles de diffraction dans différentes directions, la contrainte résiduelle dans le matériau peut être déduite.

Avantages:

Tests non destructeurs, ce qui signifie qu'il ne cause aucun dommage à l'objet.

Convient à une large gamme de pièces solides avec une précision de mesure élevée.

Capable de tester à différents angles sur le même point pour détecter les effets de la texture.

Inconvénients:

L'équipement est cher et l'opération est complexe.

Il y a un certain risque de rayonnement pour l'opérateur, nécessitant des mesures de sécurité appropriées.

La méthode n'est toujours pas entièrement mature pour les matériaux avec de gros grains ou des structures texturées, telles que les alliages en aluminium et l'acier inoxydable.

4. Méthode de test à ultrasons

La méthode de test à ultrasons mesure le stress résiduel en utilisant la relation entre la vitesse de propagation de l'échographie et la densité du matériau. Lorsque les ondes à ultrasons traversent un matériau, leur vitesse est influencée par la densité du matériau. En mesurant la vitesse et le temps de propagation des vagues, la contrainte résiduelle dans le matériau peut être déduite.

Avantages:

Tests non destructeurs, ce qui signifie qu'il ne cause aucun dommage à l'objet.

Fonctionnement simple et mesure rapide.

Convient à la mesure des contraintes sur une grande plage et dans des structures complexes.

Haute précision et sensibilité.

Inconvénients:

Nécessite une préparation spéciale de l'objet, comme l'élimination des revêtements.

Les résultats de la mesure sont affectés par divers facteurs, tels que la température et la structure du matériau.

Une technologie relativement nouvelle, avec une validation insuffisante du marché.

Méthode d'analyse chimique

La méthode d'analyse chimique évalue le stress résiduel en mesurant des changements dans la composition chimique et la microstructure du matériau. Cette méthode implique un traitement chimique et une analyse du matériau, et en mesurant les changements dans la composition chimique, le stress résiduel peut être déduit.

Avantages:

Fournit des informations internes détaillées, y compris la composition chimique et la microstructure.

Précision de mesure élevée.

Inconvénients:

Coût élevé et fonctionnement complexe.

Nécessite un traitement chimique destructeur du matériau.

Pas adapté à tous les types de matériaux.

6. Méthode de test de mémoire magnétique

La méthode de test de mémoire magnétique détecte la contrainte résiduelle en utilisant la réorientation irréversible de la structure du domaine magnétique du métal dans les zones concentrées sur le stress, un phénomène connu sous le nom d'effet "mémoire magnétique". Lorsqu'un métal est soumis à un stress, ses domaines magnétiques se réorienteront. Cette réorientation reste même après la libération de la contrainte, formant une «mémoire magnétique». En mesurant cet effet de «mémoire magnétique», la contrainte résiduelle dans le matériau peut être déduite.

Avantages:

Tests non destructeurs, ce qui signifie qu'il ne cause aucun dommage à l'objet.

Fonctionnement simple, adapté aux tests sur place.

Inconvénients:

La précision de la mesure est influencée par divers facteurs, tels que la température et l'interférence du champ magnétique.

Applicable uniquement aux matériaux ferromagnétiques; Pas adapté aux matériaux non ferromagnétiques.

7.Méthode de thermographie infrarouge

La méthode de thermographie infrarouge détecte la contrainte résiduelle en utilisant les effets thermiques générés dans un matériau sous contrainte. Lorsqu'un objet est soumis à un stress, de petites quantités de chaleur sont générées en interne. Ces changements de température peuvent être mesurés et analysés à l'aide d'une caméra thermique infrarouge. En mesurant et en analysant ces variations de température, la contrainte résiduelle dans le matériau peut être déduite.

Avantages:

Tests sans contact, ce qui signifie qu'il ne cause aucun dommage à l'objet.

Convient à la mesure du stress sur de grandes zones et dans des structures complexes.

Inconvénients:

La précision de la mesure est influencée par divers facteurs, tels que la température environnementale et l'émissivité de surface du matériau.

Équipement coûteux et fonctionnement complexe.

Conclusion

Il existe différentes méthodes pour détecter le stress résiduel, chacun avec ses propres avantages, inconvénients et applicabilité uniques. Dans les applications pratiques, il est nécessaire de prendre en compte de manière approfondie des facteurs tels que le type de matériau, la taille, la forme, les caractéristiques de distribution de contrainte et les exigences de test de l'objet testées pour choisir la méthode de détection appropriée. Avec l'avancement continu de la technologie, les nouvelles méthodes de détection de stress résiduelles continuent d'émerger, telles que celles basées sur la technologie de détection de fibre optique et les techniques de reconnaissance d'image. Ces nouvelles méthodes fournissent de nouvelles idées et outils pour la détection de stress résiduelle.

À l'avenir, la détection du stress résiduel se concentrera de plus en plus sur les tests non destructifs, la haute précision, la surveillance en temps réel et l'intelligence. Ces tendances offriront des méthodes de détection plus précises et fiables pour la production industrielle et la recherche scientifique.