应力腐蚀下残余应力论文

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1、基于焊缝残余应力磁记忆信号的研究黄保富张丰达周福天秦萍（东北石汕人学机械科学与工程学院，黑龙江大庆163318）摘要：为了获得焊缝在应力腐蚀作川下的残余应力，由于铸造、焊接、冷加工等工艺引起的残余应力在工程结构中大量存在，有关残余应力对腐蚀开裂的影响已开始引起人们的重视。通过对20号钢板状试件悍缝的腐蚀和无腐蚀实验，研究悍缝正、反面磁记忆信号的变化规律，得到了腐蚀和非腐蚀下的焊缝磁记忆特征信号。结果表明：关键词：残余应力，金属磁记忆，应力腐蚀、0・引言焊接时钢结构的主要连接方式，焊缝表面粗糙和表面缺陷（如咬边、凹坑等）以及焊缝中的缺陷（如夹杂、气孔特别是未焊透）

2、，都会造成焊缝处的应力集中。对于表血缺陷可以用磁粉法或者渗透法来检验，对内部缺陷可用X射线或者超声波检验。他们的优点是灵敏度高，磁粉检测缺点是有材料的限制，X射线的费用高，超声波要求所测试件完整干净，都具有一定的局限性，但是磁记忆无损检测技术克服上述的缺点，它集屮了非破坏检测、断裂力学和金属学的潜在能。携带帯焊缝试件在工作过程中，山于承受载荷试件无可避免的要接触具有腐蚀的介质，诸如空气、水、化学物质，因此严重的焊缝位置必然发生腐蚀失效。上世纪90年代［

3、

4、俄罗斯专家首先捉岀利用加载铁磁构件中产生磁记忆效应可检测构件表而应力集中区，并且以以俄罗斯“动力诊断公司”为

5、主，研究并开发了很多磁记忆检测的设备和相关软件,制定了一•系列指导文件和检测方法。我国于90年代末引进磁记忆检测技术，在2000爱德牛.电子有限公司在国内研制出磁记忆检测仪——EMS-2000金属诊断仪（八通道），经过这么多年的努力研究，我们逐渐把这项技术推向电力、石汕、航空、机械等领域。王威、白国良研究钢结构焊缝磁记忆检测机理及应用，表明无损磁记忆检测比传统检测方法更能发现焊缝的裂纹和应力集中，并且发现与应力相关的缺陷和应力集中线【1】。李振奎、杨晓翔研究了金属磁记忆技术在焊缝检测屮的应用，这项技术可以和超声波检测技术相结合，提高焊缝检测的效率和结果判断的准确

6、性，对于提高焊接质量，确保结构件的安全性【2】。张卫民、王朝霞等研究了拉伸悄况下含裂纹16MnR钢的磁记忆检测,研究不同拉伸阶段裂纹尖端磁信号的变化规律，利用铁磁学基本理论研究和解释复杂实验现象.在对拉伸载荷变化和磁信号变化规律进行分析，提出了载荷梯度参数的概念，并且利用此参数表征弹塑性应变【3】。日前磁记忆信号的研究主要针对不同载荷卜•和一些焊接缺陷卜•的磁记忆检测实验，而腐蚀条件下残余应力焊缝磁记忆信号的研究比较少。1.磁记忆的原理铁磁材料在应力作用下冇磁弹性效应和系机械效应，金属在应力作用下，内部会产生位错运动,形成滑移。当位错运动受到阻碍时，会产生应力集

7、中，材构件在应力集中区的形成会聚集相当高的应力能，为了使构件内部的总应力能趋于最小，在磁机械效应的作用下引起构件内部的磁畴在地球磁场屮作畴壁的位移其至不可逆的重新排列，主要以增加磁弹性能的形式来抵消应力能的增加【4】。磁场强度法向分量的梯度值dHJdx和dH,力都具有最大值，磁场强度法向分量梯度值dH、/心和切向分量的梯度值〃/力都可以描述试件在检测方向上应力分布情况。应力变化越剧烈的地方，梯度值也越大，说明应力集中程度也越大。山于存在缺陷的位置，通常会有应力集屮存在，因此该处的梯度值常达到最大值【5】。被测零件漏磁场与磁机械效应应力变化值之间的关系为：Hp=—

8、—Ado式中：口^为磁弹性效应不可逆分量，是一个取决于机械“0应力、外磁场强度和温度的函数；“°=4龙><10一7为真空磁导率。发现磁记忆检测结果与纵向残余应力具有较强的相关性【6】。2实验内容2.1实验材料和试验设备本实验米用尺寸为30()X70X6mm、中间带有预制焊缝的板状试件，试件母材为2()号钢，焊条J422,焊接工艺采用手工钙极氛弧焊形式，平板沿焊口处对齐成“V”形坡」电弧电压18V、焊接电流110A、氮气流量8升/分钟，焊接吋间为每件5〜8分钟。实验中应力腐蚀所用的药胡包括10%氯化钱水溶液、去离子水、内酮；其它材料有量杯、砂纸、脱脂棉、纱布、塑料

9、膜、橡胶手套、PH试纸。腐蚀方式选用缠裹法。首先用砂纸将试件的表而打磨光滑，然后用去离了水、丙酮，将试件擦洗干净、晾干，用氯化馁配置成PH值约为5.5、浓度为1()%的水溶液作为腐蚀介质。2.2实验方法本文设计了腐蚀和非腐蚀的对比实验，共设计了两组实验：第--组为无载荷无腐蚀下的残余应力实验，就是把试件按照一定方向实验桌上不受外力作用，并且防止其发生腐蚀的实验。笫二组为腐蚀卜-的残余应力，分别有两个小组实验，1小组为无载荷作用只受到腐蚀作用卜的实验，腐蚀液采用10%氯化钱水溶液，采用缠裹法对试件进行腐蚀，何24h测量一次磁记忆信号后更换一次腐蚀液，实验共进行51

10、天；2小组为受到35kN