钢结构焊接残余应力x射线衍射法定量测试

《钢结构焊接残余应力x射线衍射法定量测试》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、钢结构焊接残余应力X射线衍射法定量测试摘要：焊接残余应力在钢结构中是普遍存在的，为了保证结构的安全使用，需要对焊接接头的残余应力进行定量测试，x射线衍射法作为一种无损分析方法可以很好的解决这个问题，但是在测试时需要对x射线衍射法进行可靠性分析，以及表面处理的程序进行标准化。关键词：钢结构；残余应力；x射线衍射法；定量测试钢结构的特点是强度高、自重轻、整体刚性好、变形能力强，故用于建造大跨度和超高、超重型的建筑物特别适宜,而焊接作为钢结构之间的一种连接方法得到广泛运用。但是，焊件在焊接过程中由于热应力、相变应力、加工应力等超过

2、屈服极限，以致冷却后焊件中留有未能消除的应力，这种焊接冷却后的残余在焊件中的宏观应力称为残余焊接应力［1］。焊接过程的不均匀温度场以及由它引起的局部塑性变形和比容不同的组织是产生焊接应力和变形的根本原因。残余应力将影响到腐蚀、开裂、疲劳强度等力学性能，同时也会对材料的物理机械性能产生巨大影响，对结构的强度造成很大危害，历史上许多灾难性破坏事故大多是由结构中的残余应力引起。残余应力的测量技术发展至今可分为机械释放测量法和非破坏无损伤测量法两种。机械释放测量法主要包括钻孔法、分割切条法释放法、逐层铳削法等；非破坏性方法，包括X射

3、线衍射法、中子衍射法、磁性法等[2-8]o综合比较来说，X射线衍射法最为合适，但是在测试时需要对X射线衍射法进行可靠性分析，以及表面处理的程序进行标准化。1X射线衍射法定量测试可靠性分析X射线应力测试仪（XRSA）是X射线衍射法中最为成熟的一种仪器，其定量偏差的校验实验设计如下：应用XRSA、电阻应变片（straingauge,SG）和应变花（strainrosette,SR）测量等强度梁连续加载和卸载中的应力变化量，并将两者的测量结果与理论计算值相比较，分析XRSA的定量偏差。等强度梁的加载重量依次为：0、0.5、1、1.

4、5、2、3、4、5kg,最大加载量为5kgoXRSA和电阻应变片的测试位置见图1。XRSA测试前的校准程序为：对标准试样（零应力的aFe粉末压制片）进行测试，测试角度为29=156.45°,校准仪器状态，直到对标准试样的测试值在±8MPa以内。电阻应变片采用半桥连接法，并加温度补偿片。图1XRSA和电阻应变片测试位置示意图规定沿着等强度梁轴方向的应力为ox,方向见图lo见表1,等强度梁加载过程中的应力oxO通过下列公式计算:其中，G是加载的重量，h=3.5mm为梁的厚度，a是梁的倾角（tgc（二0.0765）。电阻应变片和应

5、变花的应力测量值表示为0X1和0x2,每次载荷的应力值测量10次，并取平均值。应变片和应变花的测量值oxi和ox2之间偏差小于1%O由图2,等强度梁的理论计算值与应变片、应变花测量值的标准偏差基本都小于3%,且线性较好，说明实验所用的等强度梁符合要求。XRSA的应力测量值用ox3表示，每次载荷的应力值测量3次，并取平均值，3次测量值之间的偏差在±8MPa以内。仪器的计算结果受所设定的弹性模量和泊松比影响，本实验中使用等强度梁实际的数值（1013马氏体不锈钢，E=216GPa,v=0.28）与仪器默认的数值（E=211GPa,

6、v=0.30）应力测量值相差4%,表1中的测量值是采用等强度梁实际弹性模量和泊松比计算的结果。由于电阻应变片和应变花只能测量应力的变化量，所以将未加载时的等强度梁应力平衡为0,而XRSA可以测等强度梁本身的残余应力，在后面的加载和卸载中测量的也是梁内部的真实应力值，是初始残余应力和载荷应力叠加的结果，更接近于梁实际的应力水平。由图2,XRSA测量的变化趋势与理论值基本一致。为了将XRSA的测量值与理论值进行对比，将ox3换算为初始应力为0的等效应力ox3，o由于经过校准的仪器的结果误差在±8Mpa以内，所以当测量值小于30M

7、Pa时，测量的标准偏差较大；而对于30MPa以上的应力，仪器的标准偏差基本都小于10%,具有较好的准确度。实验表明，XRSA对较大残余应力（＞30MPa）的测量标准偏差基本在10%以内，满足项目对球罐残余应力的定量测试要求，但对于较小的残余应力（