微观组织及残余应力对瑞利波评价激光熔覆层应力的影响

doi:10.3901/JME.2015.24.050

机械工程学报 ›› 2015, Vol. 51 ›› Issue (24): 50-56.doi: 10.3901/JME.2015.24.050

扫码分享

微观组织及残余应力对瑞利波评价激光熔覆层应力的影响

董世运¹, 闫晓玲^1,2, 徐滨士¹

1. 装甲兵工程学院装备再制造技术国防科技重点实验室北京 100072；
2. 北京理工大学机械与车辆学院北京 100081

收稿日期:2014-12-26 修回日期:2015-06-05 出版日期:2015-12-15 发布日期:2015-12-15
作者简介:董世运，男，1973年出生，教授，博士研究生导师。主要研究方向为激光熔覆及无损检测。 E-mail：syd422@vip.sohu.com
基金资助:
国家重点基础研究发展计划(973计划，2011CB013403)和国家自然科学基金(50975287)资助项目

Influence of Microstructure and Residual Stress on Surface Stress Measurement of Laser Cladding Layer by Rayleigh Wave

DONG Shiyun¹, YAN Xiaoling^1,2, XU Binshi¹

1. Science and Technology on Remanufacturing Laboratory,Academy of Armored Forces Engineering, Beijing 100072;
2. School of Mechanical Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081

Received:2014-12-26 Revised:2015-06-05 Online:2015-12-15 Published:2015-12-15

摘要/Abstract

摘要： 采用瑞利波评价激光熔覆层表面应力，结合静载拉伸试验，建立Fe314激光熔覆层中瑞利波的声弹关系曲线；通过对声弹关系曲线拟合实现对激光熔覆材料声弹系数的标定，在此基础上建立声弹公式；通过试验验证声弹公式评价激光熔覆层表面应力的可行性。分析激光熔覆层微观组织及残余应力对应力评价结果的影响，试验结果表明，这两种因素会显著影响熔覆层表面应力评价结果，采用声弹公式计算出的初始应力校准之后，理论计算结果与实际加载值更为接近，并且误差保持在可接受的范围之内。此外，由于静载拉伸过程中各向异性激光熔覆层变形不均匀，瑞利波检测应力试验中高应力阶段的误差明显大于低应力阶段误差。

关键词: 激光熔覆层, 瑞利波, 微观组织, 应力

Abstract: Rayleigh wave is employed to evaluate surface stress of laser cladding coating, combined with static load tensile test, acoustoelastic relation curve of Rayleigh wave propagating in Fe314 laser cladding layer is established; By fitting the acoustoelastic relation curve, laser cladding material acoustoelastic coefficient are calibrated and the acoustoelastic formula is established based on this. The experimental results indicate that the acoustoelastic formula can be used to evaluate surface stress of laser cladded coatings. Then it analyzes effects of microstructure and residual stress of the laser cladded coating on surface stress experimental values, which shows the effects are significant. The experimental results are close to the actual load after being calibrated by the initial stress from acoustoelastic formula calculation. Due to the inhomogeneous deformation of anisotropic laser cladding layer during tensile process, the error of high stress stage is significantly greater than that of low stress phase when Rayleigh wave is employed to detect surface stress of Fe314 laser cladding layer.

Key words: laser cladding coating, microstructure, Rayleigh wave, stress

董世运, 闫晓玲, 徐滨士. 微观组织及残余应力对瑞利波评价激光熔覆层应力的影响[J]. 机械工程学报, 2015, 51(24): 50-56.

DONG Shiyun, YAN Xiaoling, XU Binshi. Influence of Microstructure and Residual Stress on Surface Stress Measurement of Laser Cladding Layer by Rayleigh Wave[J]. Journal of Mechanical Engineering, 2015, 51(24): 50-56.

导出引用管理器 EndNote|Reference Manager|ProCite|BibTeX|RefWorks

链接本文: http://www.cjmenet.com.cn/CN/10.3901/JME.2015.24.050

http://www.cjmenet.com.cn/CN/Y2015/V51/I24/50

参考文献

[1] 张晓东，董世运，王志坚，等. 激光再制造金属零件熔覆层组织及耐磨性能[J]. 焊接学报，2010，31(2)：75-78.ZHANG Xiaodong，DONG Shingyun，WANG Zhijian，et al. Microstructure and wear resistance of clad layer on laser remanufacturing metal pieces[J]. Transactions of the China Welding Institution，2010，31(2)：75-78.
[2] 马维，潘文霞，张文宏，等. 热喷涂涂层中残余应力分析和检测研究进展[J]. 力学进展，2002，32(1)：41-56. MA Wei，PAN Wenxia，ZHANG Wenhong，et al. A review of researches on the residual stress in thermal spray coatings[J]. Advances in Mechanics，2002，32(1)：41-56.
[3] LIU Bin，DONG Shiyun，XU Binshi，et al. Length of reference signal affects surface stress measurement of thin laser cladding Fe314 alloy coating[J]. International Journal of Minerals，Metallurgy and Materials，2012，19(6)：549-553.
[4] 冯宝富，赵恒华，蔡光起. 平面磨削残余应力的测试方法[J]. 机械制造，2003，41(461)：35-37. FENG Baofu，ZHAO Henghua，CAI Guangqi. Test method for residual stress in plane grinding[J]. Machinery Manufacturing，2003，41(461)：35-37.
[5] 陈志红，任学平，陈冷，等. 金属板材服役状态下应力场的动态检测方法[J]. 机械工程学报，2008，44(11)：267-271.CHEN Zhihong，REN Xueping，CHEN Leng，et al. Online measurement method on stress field of metal of plates in service state[J]. Chinese Journal of Mechanical Engineering，2008，44(11)：267-271.
[6] 李峻宏，高建波，李际周，等. 中子衍射残余应力无损测量与谱仪研发[J]. 无损检测，2010，32(10)：765-769.LI Junhong，GAO Jianbo，LI Jizhou，et al. Nondestructive measurement for residual stress by neutron diffraction and spectrum instrument research and development[J]. Nondestructive Testing，2010，32(10)：765-769.
[7] SHI Changliang，DONU Shiyun，XU Binshi，et al. Stress concentration degree affects spontaneous magnetic signals of ferromagnetic steel under dynamic tension load[J]. NDT&.E International，2010，43(1)：8-12.
[8] JUNGE M，QU Jianmin，JACOBS L J. Relationship between Rayleigh wave polarization and state of stress[J]. Ultrasonics，2006(44)：233-237.
[9] SIAMAK A，RASOOL M. Improvement in accuracy of the measurements of residual stresses due to circumferential welds in thin-walled pipe using Rayleigh wave method[J]. Nuclear Engineering and Design，2009(239)：2201-2208.
[10] 刘彬，董世运，徐滨士，等. 初始应力对瑞利波评价45钢表层应力的影响[J]. 材料工程，2012(5)：35-39.LIU Bin，DONG Shiyun，XU Binshi，et al. Influence of initial stress on surface stress measurement of 45 steel by rayleigh wave[J]. Materials Engineering，2012(5)：35-39.
[11] HIRAO M，FUKUOKA H，HON K. Acoustoelastic of effect of Rayleigh wave in lsotropic material[J]. Journal of Applied Mechanics，1981，48(3)：119-124.
[12] HUSSON D. A perturbation theory for the acoustoelastic effect of surface waves[J]. American Institute of Physics，1985，57(5)：1562-1568.
[13] DUQUENNOY M，OUAFTOUH M，QURAK M. Ultrasonic evaluation of stress in orthotropic materials using Rayleigh waves[J]. NDE&E International，1999，32：189-199.
[14] DUQUENNOY M，OUAFTOUH M，QURAK M. Determination of stresses in aluminium alloy using optical detection of Rayleigh waves[J]. Ultrasonics，1999，37：365-372.
[15] 闫晓玲，董世运，徐滨士，等. 超声声表面波检测信号时差的倒频谱分析[J]. 振动与冲击，2013，32(12)：159-162. YAN Xiaoling，DONG Shiyun，XU Binshi，et al. Cepstrum analysis method in surface acoustic wave signals time delay estimation[J]. Vibration and Shock，2013，32(12)：159-162.

微观组织及残余应力对瑞利波评价激光熔覆层应力的影响

Influence of Microstructure and Residual Stress on Surface Stress Measurement of Laser Cladding Layer by Rayleigh Wave

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	石楠楠, 高海涛, 唐乐千, KONG Charlie, 喻海良. 深冷轧制与深冷处理7075铝合金带材疲劳裂纹扩展性能研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(6): 47-64.
[2]	刘家旭, 汪大成, 师明杰, 陈帅峰, 张士宏, 程明. 航空叶片板式楔横轧-模锻复合成形中的组织演变研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(6): 87-99.
[3]	周强, 陆红红, 郭登刚, 陈鹏万, 王宝雨. 爆炸焊接+轧制制备TA2/TC4钛合金复合材料界面微结构及力学行为研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(6): 100-110.
[4]	魏兆成, 曾文, 施宁, 房玉鑫, 李加胜, 郭明龙. 超声应力测量的高重复精度控制方法及应用开发[J]. 机械工程学报, 2026, 62(6): 209-219.
[5]	师英杰, 徐科, 雷泰然, 张毅. 基于电磁超声横波双折射的钢板应力检测方法[J]. 机械工程学报, 2026, 62(6): 257-266.
[6]	李群, 曹博, 姜延, 陈李杰, 胡建良, 陈雷. 2219铝合金搅拌摩擦焊接头拉伸断裂机理分析[J]. 机械工程学报, 2026, 62(4): 148-156.
[7]	郑文健, 胡铭汇, 余洋, 冯道臣, 闫德俊, 杨建国. 高镁铝合金焊接接头软化行为对焊接残余应力的影响研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(4): 180-189.
[8]	韩新宇, 刘峻嵩, 石岩. 激光粉末床熔融B₄Cp/Al复合材料的性能研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(4): 224-232.
[9]	占小红, 高转妮, 张凯昱, 王建峰, 李响, 徐方达. 205C/7075铝合金激光同轴熔丝增材制造组织与气孔耦合演化机理[J]. 机械工程学报, 2026, 62(3): 160-175.
[10]	胡绪照, 张电宝, 徐震霖, 陈翔霖, 方芳, 夏爱林. 退火对激光粉末床熔融AlCoCrCuFeNi高熵合金磁性能和力学性能的影响研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(3): 235-247.
[11]	潘勤学, 赵广源, 于昊申, 徐佳褀. 基于临界折射纵波的碳纤维复合材料应力检测方法的研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(2): 48-60.
[12]	武越, 章海明, 刘畅, 白晋龙, 张婷婷, 王涛, 黄庆学. 道次间回炉对热轧钛/钢复合板组织和结合性能的影响[J]. 机械工程学报, 2026, 62(2): 146-156.
[13]	陈尧, 刘肖, 张祯迪, 张尚林, 郭楠, 吴军. TIG焊接参数对Ti-4Al-2V钛合金焊接组织及性能的影响[J]. 机械工程学报, 2026, 62(2): 207-217.
[14]	徐宁, 孙占勇, 杨超, 任尊松, 杨广雪, 周义昌, 屈升. 动车组设备舱底板疲劳损伤特征试验研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(2): 250-260.
[15]	姚帅, 戴巨川, 吕伟荣. 基于频率法的风电机组混合塔筒拉索索力检测技术研究[J]. 机械工程学报, 2026, 62(2): 385-396.