一种基于小孔法的焊接残余应力测量改进方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN116026506A(43)申请公布日2023.04.28(21)申请号202211716038.X(22)申请日2022.12.29(71)申请人重庆大学地址400044重庆市沙坪坝区沙正街174号(72)发明人王义峰成慧梅房士超刘红艳张卫攀孙电强冯广杰邓德安(74)专利代理机构重庆晟轩知识产权代理事务所(普通合伙)50238专利代理师王海凤(51)Int.Cl.G01L5/00(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称一种基于小孔法的焊接残余应力测量改进方法(57)摘要本发明涉及一种基于小孔法的焊接残余应力测量改进方法，包括如下步骤：S1对腹板切割一个缺口，所述缺口与残余应力测量装置的钻孔结构的固定结构相对应；S2将待测区域的表面进行打磨，粘贴应变片，粘贴时应变片的三个敏感栅应分别与焊缝成0°、45°、90°夹角；S3应变片标识位置处打孔；S4利用残余应力测量装置的数据处理结构将应变片产生的电信号转变为应变值，并通过公式计算得到待测区域的纵向和横向残余应力。本发明方法先将阻碍残余应力测量装置的钻孔结构放置但对翼板残余应力分布影响较小的部分腹板进行切割，而后利用常规的小孔法测量出待测区域的残余应力，使之能对T型接头焊缝附近的翼板上表面残余应力进行测量。CN116026506ACN116026506A权利要求书1/1页1.一种基于小孔法的焊接残余应力测量改进方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对腹板切割一个缺口，所述缺口与残余应力测量装置的钻孔结构的固定结构相对应；S2：将待测区域的表面进行打磨，粘贴应变片，粘贴时应变片的三个敏感栅应分别与焊缝成0°、45°、90°夹角；S3：应变片标识位置处打孔；S4：利用残余应力测量装置的数据处理结构将应变片产生的电信号转变为应变值，并通过公式(1)计算得到待测区域的纵向和横向残余应力：其中A和B均为应变释放系数，σ1、σ2为最大主应力和最小主应力，E为材料弹性模量，为测量方向与最大主应力之间的夹角,σx和σy分别为纵向和横向残余应力，ε1,ε3,ε2分别为试验测得的与焊缝成0°、45°、90°夹角的应变值。2.如权利要求1所述的基于小孔法的焊接残余应力测量改进方法，其特征在于：所述应变释放系数通过公式(2)计算得到：式中，a为钻孔半径，r为应变片测量半径，μ为泊松比。3.如权利要求1所述的基于小孔法的焊接残余应力测量改进方法，其特征在于：采用公式(4)对公式(1)求解的纵向和横向残余应力进行修正：式中，σc为纵向或横向残余应力，σc为修正后的纵向或横向残余应力，σs为材料屈服极限，使用条件为σc/σs≥0.65c。2CN116026506A说明书1/5页一种基于小孔法的焊接残余应力测量改进方法技术领域[0001]本发明涉及计量测试领域，特别涉及一种基于小孔法的焊接残余应力测量改进方法。背景技术[0002]金属构件在经过焊接处理后，材料经历了局部加热和快速冷却过程，导致了不均匀温度场的产生，不均匀温度场又导致了不均匀的应力应变场，导致结构焊后要存在残余应力和变形。焊接残余应力不仅降低了材料的强度和耐应力腐蚀性，而且增大了结构的不稳定性，使得焊接构件在服役过程中，受到载荷、温度和工作介质等因素的影响时，焊接接头的力学性能发生较大下降，大幅降低构件的服役寿命，甚至引发失效事故。[0003]焊接残余应力一般受热输入、板厚、长宽比、外部约束等的影响，大型焊接结构的焊接残余应力还受焊件之间的间隙、错边和施焊顺序等的影响，在多层焊中，焊接残余应力还受到焊道布置、预热温度和层间温度等的影响。因此，很有必要对焊接残余应力进行测量、分析和控制。[0004]现有的焊接残余应力的测量方法大致可以分为两类，一种是具有一定破坏性的机械释放测量方法，包括全释放应变法、钻孔应变法和深孔法等；另一种是没有破坏性的物理测量方法，如X射线衍射法、中子衍射法等。[0005]其中，钻孔应变法又被称为小孔法、盲孔法，是一种采用钻孔切削被测构件表面材料，通过应变片测量局部释放应变，然后计算得到已去除材料所在位置残余应力的测量方法。[0006]用钻孔应变法测量残余应力的方法最早由德国学者Mather于1932年提出，由于测量条件限制，当时采用了机械式引伸计测量钻孔释放变形。二战之后，随着电测技术的发展，电阻应变片被应用于钻孔测量，大幅提高了钻孔应变法残余应力测量精度。1966年，Rendler和Vignis提出了一种系统且可重复的钻孔程序来测量残余应力。随后，钻孔应变法在钻孔技术、释放应变测量和残余应力计算等方面不断完善。Schajer于1981年提出一种采用有限元法计算释放系数的方法，使精确测量沿钻孔深度方向的残余应力分布成为可能。[0007]