测量窄间隙大深度表面残余应力的钻孔仪

1.本发明涉及表面检测技术领域，尤其是一种测量窄间隙大深度表面残余应力的钻孔仪。


背景技术：

2.为了适应物件结构多样化的构造需求，在机械加工和强化工艺过程中，构件表面和内部会存在显著的残余应力。例如，构件在铣削、喷丸处理、焊接以及铸造等加工处理工艺过程中会在构件内部引入自平衡状态的残余应力场。残余应力并非是一致不变的，在外力作用或者热处理过程中，残余应力会发生松弛，从而进行重新分布。残余应力的产生和重分布，会影响构件的定位精度和装配精度，还会降低结构的刚度和稳定性，同时也会严重影响结构的疲劳强度、抗脆断能力、抵抗应力腐蚀开裂和高温蠕变开裂的能力。因此，需要通过试验测试来定量表征残余应力的大小，以此来进一步分析考虑残余应力情况下构件的服役安全性。
3.常见的残余应力测量方法有两大类，分别是有损测试方法和无损测试方法，有损测试方法包含了切条法、钻孔法、深孔法和轮廓法等；无损测试方法包含了是x射线衍射法、中子衍射法、磁测法和超声法等。钻孔法所用设备相对简单，现场使用方便，并且电阻应变测量技术，测量精度高，破坏性小，目前已成为工程中应用最广泛的残余应力测量方法。然而在实际工程中，会存在窄间隙大深度的结构细节，传统的钻孔法设备已不能实现此种情形下的残余应力测试。在采用钻孔法进行测试时，钻孔设备是否能够精准定位，是否能够有效应对复杂环境情况，是保证钻孔质量的关键，也是保证残余应力测量精度的关键。在实际操作中面对窄间隙大深度型态的待测残余应力复杂构件，传统的钻孔仪只能骑跨在窄间隙上，进行大深度底面构件细节进行测试，此时会存在以下不足： 钻杆长度固定，无法实现较大深度下残余应力测量，影响钻孔法测试深度范围； 套筒长度固定，测试仪器无稳定保护装置，钻孔时整个设备震动明显，严重影响测量精度。
[0004] 钻孔仪底座尺寸固定，仅可针对一定范围内的间隙宽度构件进行测试，影响钻孔法在窄间隙下的测试范围。


技术实现要素：

[0005]
针对现有技术的缺陷，本发明提供测量窄间隙大深度表面残余应力的钻孔仪。为较好的测量窄间隙大深度构造细节的残余应力分布，尽可能少破坏构件，确保精确性，保证原结构的残余应力的分布形态，需要重新设计一种钻孔设备，既可以进行传统简单构造细节的残余应力测试，也同时可满足窄间隙大深度等复杂构造细节的残余应力测试。
[0006]
本发明采用的技术方案是：测量窄间隙大深度表面残余应力的钻孔仪，包括定位
组件、延伸式钻孔组件以及三角形底板，在该三角形底板的中部设置有通孔；所述的通孔配合有第一套筒，该第一套筒与定位组件或延伸式钻孔组件配合；在所述的三角形底板的三个角部均设置有直线螺栓孔组，每个直线螺栓孔组配合有一组螺栓和螺帽；同一个直线螺栓孔组的螺栓孔的中心的连线经过通孔的中心；每个所述的直线螺栓孔组的螺栓孔的数量相同，且相邻两个螺栓孔的间距不同，间距从通孔向外逐渐变大。
[0007]
为更好地实现本发明，在所述的直线螺栓孔组的两侧还设置有弧形螺栓孔，且以直线螺栓孔组的螺栓孔的中心的连线为基准呈对称布置结构。
[0008]
为更好地实现本发明，所述的螺栓从上到下穿过螺栓孔，所述的螺帽配合在螺栓上且位于三角形底板的下方。
[0009]
为更好地实现本发明，在所述的螺栓的底端还螺纹连接有支撑垫，在该支撑垫的外部包覆有一层硅胶套。
[0010]
为更好地实现本发明，所述的定位组件包括第二套筒，该第二套筒的下端与第一套筒内侧配合，上端配合有镜筒，在该镜筒的上端配合有目镜。
[0011]
在所述的第二套筒的侧部螺纹连接有伸入其中的锁紧螺栓。
[0012]
为更好地实现本发明，在所述的第一套筒的侧部螺纹连接有伸入其中的水平调节旋钮。
[0013]
为更好地实现本发明，所述的水平调节旋钮为两个、三个或四个，且沿周向均匀间隔设置。
[0014]
为更好地实现本发明，所述的延伸式钻孔组件包括多个螺纹延长杆，最上一个螺纹延长杆与第二套筒配合，在该螺纹延长杆的顶端连接有传动手柄；最下一个螺纹延长杆的下端连接有高速钢涂层麻花钻。
[0015]
为更好地实现本发明，所述的螺纹延长杆的上端设置有内螺纹槽，下端设置有外螺纹杆，最上一个内螺纹槽与传动手柄下端螺纹配合；上一个外螺纹杆与下一个内螺纹槽配合，最下一个外螺纹杆连接高速钢涂层麻花钻。
[0016]
本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明的测量窄间隙大深度表面残余应力的钻孔仪，通过定位组件、延伸式钻孔组件、三角形底板、通孔、第一套筒、直线螺栓孔组、螺栓以及螺帽等的配合，使用时能够根据实际检测构件，选取合适的螺栓孔配合螺栓、螺帽，能够适应不同间隙的构件检测；延伸式钻孔组件，能够延伸钻探长度，适应大深度窄间隙检测。
[0017]
水平调节旋钮的使用，能够方便水平位置的微调，螺栓、螺帽配合，调节螺帽在螺栓上的配合位置能够方便地调节高度，水平调节和高度调节结合，方便地调节钻探位置，保证了检测的准确性。
[0018]
相邻两个螺栓孔的间距不同，间距从通孔向外逐渐变大。大深度窄间隙的间隙还相对较大时，使用远离通孔的螺栓孔，相邻螺栓孔的间距可以大一些，能够进行距离粗调即可；当大深度窄间隙的间隙相对较小时，使用靠近通孔的螺栓孔，相邻螺栓孔的距离较小，可以进行距离微调。也就是说，相邻两个螺栓孔的间距从通孔向外逐渐变大，能够方便适应不同的间隙宽度下的间距调节，保证了检测的准确性。
[0019]
另外，在所述的直线螺栓孔组的两侧还设置有弧形螺栓孔，且以直线螺栓孔组的螺栓孔的中心的连线为基准呈对称布置结构。这样设计以后，可以单独使用弧形螺栓孔，在
调整角度和距离的时候，可以做到更加精细，能够保证精度要求更高的检测。
附图说明
[0020]
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]
图1是本发明的测量窄间隙大深度表面残余应力的钻孔仪安装延伸式钻孔组件时的一种结构示意图；图2是本发明的测量窄间隙大深度表面残余应力的钻孔仪安装定位组件时的一种结构示意图；图3是本发明的测量窄间隙大深度表面残余应力的钻孔仪的三角形底板的一种结构示意图；图4是本发明的测量窄间隙大深度表面残余应力的钻孔仪的螺纹延长杆的一种结构示意图；图中，1—构件，2—大深度窄间隙，3—三角形底板，4—第一套筒，5—第二套筒，6—镜筒，7—目镜，8—水平调节旋钮，9—螺栓，10—螺栓孔，11—螺帽，12—支撑垫，13—螺纹延长杆，14—弧形螺栓孔，15—传动手柄，18—高速钢涂层麻花钻，19—通孔，20—内螺纹槽，21—外螺纹杆。
具体实施方式
[0022]
以下的说明提供了许多不同的实施例、或是例子，用来实施本发明的不同特征。以下特定例子所描述的元件和排列方式，仅用来精简的表达本发明，其仅作为例子，而并非用以限制本发明。
[0023]
如图1至图4所示，本发明的测量窄间隙大深度表面残余应力的钻孔仪，包括定位组件、延伸式钻孔组件以及三角形底板3，在该三角形底板3的中部设置有通孔19；所述的通孔19配合有第一套筒4，该第一套筒4与定位组件或延伸式钻孔组件配合；在所述的三角形底板3的三个角部均设置有直线螺栓孔组，每个直线螺栓孔组配合有一组螺栓9和螺帽11；同一个直线螺栓孔组的螺栓孔10的中心的连线经过通孔19的中心；每个所述的直线螺栓孔组的螺栓孔10的数量相同，且相邻两个螺栓孔10的间距不同，间距从通孔19向外逐渐变大。本发明的测量窄间隙大深度表面残余应力的钻孔仪，通过定位组件、延伸式钻孔组件、三角形底板3、通孔19、第一套筒4、直线螺栓孔组、螺栓9以及螺帽11等的配合，使用时能够根据实际检测构件1，选取合适的螺栓孔10配合螺栓9、螺帽11，能够适应不同间隙的构件检测；延伸式钻孔组件，能够延伸钻探长度，适应大深度窄间隙2检测。当需要检测窄间隙的时候，选取靠近通孔19的螺栓孔10，将螺帽11放置在三角形底板3下方，让螺栓9从螺栓孔10上方穿入，调节螺帽11的位置就可以调节支撑的高度，从而调节三角形底板3的高度。为了避免意外划伤，所述的三角形底板3的边棱处均进行圆滑设计。相邻两个螺栓孔10的间距不同，间距从通孔19向外逐渐变大。大深度窄间隙2的间隙还相对较大时，使用远离通孔19的螺栓孔10，相邻螺栓孔10的间距可以大一些，能够进行距离粗调即可；当大深度窄间隙2的间隙
相对较小时，使用靠近通孔19的螺栓孔10，相邻螺栓孔10的距离较小，可以进行距离微调。也就是说，相邻两个螺栓孔10的间距从通孔向外逐渐变大，能够方便适应不同的间隙宽度下的间距调节，保证了检测的准确性。
[0024]
作为优选的，在所述的直线螺栓孔组的两侧还设置有弧形螺栓孔14，且以直线螺栓孔组的螺栓孔10的中心的连线为基准呈对称布置结构。这样设计以后，可以单独使用弧形螺栓孔14，在调整角度和距离的时候，可以做到更加精细，能够保证精度要求更高的检测。
[0025]
需要说明的是，直线螺栓孔组和弧形螺栓孔14两者单独使用，不能同时使用。单独使用直线螺栓孔组时，可以先使用远离通孔19的螺栓孔10，根据实际需求再逐步换用靠近通孔19的螺栓孔10，实现先粗调、后细调保证检测的准确性。调节时，先松动取下一组螺栓9螺帽11，配合入另外的螺栓孔10并锁紧后再松动取下另一组螺栓9螺帽11配合入另外的螺栓孔10锁紧，另外一组也一样操作，这样能够保证整个装置在调节过程中的平稳性，保持较高的精度。
[0026]
所述的螺栓9从上到下穿过螺栓孔10，所述的螺帽11配合在螺栓9上且位于三角形底板3的下方。
[0027]
作为优选的，在所述的螺栓9的底端还螺纹连接有支撑垫12，在该支撑垫12的外部包覆有一层硅胶套。设置支撑垫12，避免螺栓9端部直接接触构件表面造成划伤，在支撑垫12外部再包覆一层硅胶套，不仅可以避免划伤，而且能够增加附着力，防止整个钻孔仪发生意外偏移（若发生偏移则需要重新调节位置，降低检测效率）。
[0028]
作为优选的，所述的定位组件包括第二套筒5，该第二套筒5的下端与第一套筒4内侧配合，上端配合有镜筒6，在该镜筒6的上端配合有目镜7，在所述的第二套筒5的侧部螺纹连接有伸入其中的锁紧螺栓。将三角形底板3的中心的通孔19可能和被测点接近，通过水平调节旋钮8调节水平位置确保通孔19的中心对准被测点；通过高度调节旋钮（螺栓9）调节对中装置的高度到适宜位置。安装镜筒6、目镜7，使用锁紧螺栓锁紧镜筒，360
°
旋转目镜7，再调节三角形底板3位置使其对中于被测点。
[0029]
作为优选的，所述的水平调节旋钮8为两个、三个或四个，且沿周向均匀间隔设置，设计多个水平调节旋钮8，能够方便操作人员从多个方向进行调节，保证调节的精确性。
[0030]
作为优选的，所述的延伸式钻孔组件包括多个螺纹延长杆13，最上一个螺纹延长杆13与第二套筒5配合，在该螺纹延长杆13的顶端连接有传动手柄15；最下一个螺纹延长杆13的下端连接有高速钢涂层麻花钻18。所述的螺纹延长杆13的上端设置有内螺纹槽20，下端设置有外螺纹杆21，最上一个内螺纹槽20与传动手柄15下端螺纹配合；上一个外螺纹杆21与下一个内螺纹槽20配合，最下一个外螺纹杆21连接高速钢涂层麻花钻18。基于定位组件的对中结果将引导螺纹延长杆13插入第一套筒4中并对准测点中心，钻头为高速钢涂层麻花钻18，将两个螺纹延长杆13依次上下连接，右旋拧紧连接处，传动手柄15连接钻孔仪的电机等设备，准备就绪后进行钻孔。
[0031]
综上，本实施例的钻孔仪，采用螺纹节段来按照实际测试深度需求来改变连接螺纹延长杆13的个数，可以适应大深度窄间隙的检测；同时根据钻杆长度和实际情况，采用第一套筒4、第二套筒5（可根据实际需求，增加套筒个数，套筒之间也采用螺纹延长杆13的螺纹结构，即一端设置内螺纹，另一端设置外螺纹）保证钻孔仪的稳定性，完美适应窄间隙大
深度型态下构件表面残余应力测量；此外，在三角形底板3上设置了螺纹孔组，来适应不同宽度的间隙的残余应力测试。
[0032]
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。