测定焊接容器残余应力的电测法

第 15卷 啥尔滨师范大学 自然科学学报 Vo L．15，No．2 1999 第 2期 NATURAI SCIENCES JOURNAL OF HARBIN NORMAL UNIVERSITY 一 测定焊接容器残余应 力的电测法 李英子 皓尔蕞 理工 大学 1 I 【摘要】 本文讨论 了测 定焊接容 器残 余应 力 的电刹 法．它利用 Mises屈服 迟发生．在单向应力状态下的屈服条件为 一 。+ ， 所以残余应 力为 一 一 式中 为工作应力 为残余应力． 工程构件多为二向应力的复杂应力状态．残余应力一般 也是二向的．在 二 向应 力状态 下 ，表 达韧性 金属 屈服判 据 的 Mises条件为一椭圆方程 一 一 2= (1) 若图形如图 l所示．当 与 ：是确定值而发生屈服时． 在椭圆曲线上为一确定的点． 按塑性理论，塑性应变增量的向量必垂直于屈服面．因 而在某点进人屈服发生塑性变形后，只要找到塑性应变增量 的向量，既可确定该点在屈服轨迹上的位置，由此可确定该 点在二方向的主应 力的比值．把此关系与屈服条件(1)式联 立，可解得二方向的当量屈服极限， 设二主应 力方向上的塑性应变增量 蹦 、 ，令表示其 增量的比值为 n．舜j有 口=△薛／Lh-f~ (2) 收稿 目期 ：l998—1l一19 匝 1 Mises幡 一 维普资讯 http://www.cqvip.com 哈尔其师范大学 自搭科学学报 将(1)式改写为 屯： [ 士 = ] (3) 则 =舞一号[ 千 3 o"1] ㈨ K 为屈服轨迹上任一点切线的斜率．设屈服轨迹上任一点法线的斜率为 a，则有 =一 1 ，代人(4) 式后得 (口)= 6rl=，1(口) ] 6r2一 (口) J 2(2+ gt) , ／ 。9。。。a。。。z’。。’-‘。}。-‘‘ 。3。。。。(。。。2。。 。-。。’}-。。。‘a。’—)—2 一 ≤a≤1 和 (5) (6) (5)、(6)式对应于二向受拉状态，且 > 。，注意此时屈服轨迹仅在车的角度里，即图l的MM段 弧 上 ． 当焊接残余应力与工作应力同为主应力方 向时，利用(5)、(6)式可得 + (P。)=／．(口) ] ： (口) PI)f “ · 式中 为二主方向的残余力值 ， (a) ，为二主方向的当量屈服极限， (尸，)为二主方向开始进入屈 服时的工作应力． 2 确定残余应力的试验方法 球罐和卧罐的中、低压容器，均相当于承受内压的薄壁容器，其薄膜应力为二向受拉应力状态， 并且二主应力方向为容器的经向和纬向 ，与容器的焊缝方向相同．在焊缝附近的焊接残余应力为垂 直焊缝和平行焊缝方向．由错边和角变形引起的二次弯曲应力也在焊接接头附近．因而，在焊缝附 近的残余应力峰值处 ．各类应力迭加的总应力为最大值，且残余应力与工作应力的主方向相同． 1．测点选择 在焊缝的接头附近 ，特别是有较大错边量和内凹的角变形处，选择测点，并措焊缝 的平行和垂直方向粘贴二个电阻应变片． 2．水压实验．水压实验用 1 25～1．30倍 的设计压力．按设计公式计算，薄壁应力为 0．4a 左 右．利用水压实验，测压力——应变(P--s)曲线 ，在残余应力峰值处(尸一e)图上，将明显地反映出 屈服效应提前的现象，正确判断屈服开始点，得出相应的应变值，即可通过计算确定残余应力及其 峰值． 3．屈服点确定．由于残余应力和弯曲应力的分布是不均匀的，故材料不能作到均匀屈服．设想 构件为多杆结构 ．一杆屈服后继续变形受其它未屈服杆的限制．表现在 P—s图上，不会有明显的 屈服平台，但出现斜率的明显转折．由此 ，可判断该点进人屈服状态． 4．计算．。工作应力”：由 方向的 P—E图上确定进入屈服状态的 P，值 ，以相同的 P．值找出 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 2期 测定焊接容器残余应 力的电捌洼 5l 方向的应变值，即定出 e P；)和 e (P )，按广义虎克定律计算进人屈服状态的工作应力为 (P ) 南 [El(PH盹(P，)] F } (8 J z(P ) 南 [ (P )+ (P，)] “塑性应变增量的主方向”：在两方 向的 P—E曲线上取EP， (1．05—1．1)尸 ]区间得相应的塑性 应变增量 和 f，由(2)式计算可得 主方向a，同时根据 值可查表得 ， ( )和 ( ) “残余应力”：按(7)式计算两个主方向上的残余应力 ，注意当测点在不同区域时，要分别选用该 区的 值 ． 3 试验及 结果 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 试钣 由两块 lO×75×620的 l6M 钣 材对 焊而成 ，其母材 的 =2．942×10zN／ram ，热 影响区 的 o-I一3．923×10 N／ram 试件共两块 ，I号钣采用电测法 ，仅在轴向贴片，以测定平行于焊缝的残 圈 2 I I号篆试 件 及磊点位 置 余应力分布．I号钣先采用JY射线法测定残余应力，虽后仍按电涮法在轴向和横向贴片 试壤和测 点位置见图 2．该 图上所示 l一1．2—2，3—3为 I号钣 测点截面 ，J4一^．B—B为 Ⅱ号钣 上 射线 法，电测法测点截面 在 I号钣三个截面处平面焊缝贴片后涮得数据经计算得残余应力值，见表 1． 表 1 【导钜 电 击 纵向残余 应 力值 ×9．80665 cN⋯ l 2 3 j 5 7 8 l— l — l2．32 一 lI 72 — 2 6l — 1．97 3 50 l6．07 l8．56 27 93 23 89 1— 2 一 I 7．18 一 l5 90 一 l2 44 9．92 — 7 08 l7．57 l8．40 20 8 3 2— 0 一l6．0g — l4 56 一 l0 0 L 一0．36 ll 98 l9 21．79 24 70 9 l 为了便于比较 ．在 I号钣 的 B—B截面上用 射线法测残余应力，又在 一一 截面上按两个 方向贴片进行电铡方法测残余应力，并分别用 Mises条件和 Tresca条件计算残余应力。试验及计 算结果觅图 3． 试验结果分析 (1)由电测法测定 ：号钣三个截面处平行焊缝方向的残余应力分布规律是相似的，它符台焊 接接头的残余应力分布规律．测点值分布在一个不大的分散带内 ‘2)在 I号钣上电测法试验结果表明，如用 Tresca条件(即仅考虑 、 =0)所得平行婢缝的 残余应力值，与用 Mises条件所得值 比较存在一变化不大的误差．此误差的数值与理论分析差别不 大． 维普资讯 http://www.cqvip.com 暗尔滨师范大学 自热科学学报 1999年 (3)x射线法测残余应力的敷据，在电测法所得 分散带附近，表明两种方法 的试验结果 是相近的，X 射线法结果偏低是由于打磨所产生一定的残余压应 力所致．试验在两块试钣的不同截面上进行，也引起 了数据的分散性． 4 结 论 利用屈服判据 Mises条件测定压力容器焊接残 余应力的电测法，作为一种无损测量的方法 ，理论 上 和实践上都是可行的．本文所得到残余应力沿横截面 变化规律实测结果与焊接理论的分析结果符合 ，特别 是对确定压力容器焊接残余应力的峰值，具有较好的 准确性．这对检定压力容器的使用性能，在工程应用 上具有重要现实意义．电测法不仅简便，即使在大型 压力容器的现场实测中也较方便 ，而且避免了钻孔法 小孔释放的有损和 x射线法设备贵重、现场测试技 术要求过高等困难 ，因而作为一种测定焊接容器残余 应力的方法是有一定价值 的． V～ ^ ∞ 一 ∞ d — igt{ 一 ，。 一 圈 3 【 i号攮簟面殪棠应力布田 参 考 文 献 1 镘丰申柯．材辩力学 北京：人民教育出麓祉．1979 2 冲岛喜八．材辩力学 500题详解 长抄 ：囊甫科拄出版社，1980 3 吉林工大 廑变片点测技术．北京 帆挂工生出版杜．1978 l 李书歧．台叠屈服准剧统一形式盈三种雷甩届暖准则的关系．力学与实践、1998．(5) ELECTRIC TEST M ETHOD OF RESIDUAL STRESS IN W ELDING CONTAINER Li Yingzi (Har~n Unive rsity o Science aml Tee]'mo[ogy) ABSTRACT In this paper，a method is dies cussed to test residual stress of welding container，using M ises yield condition．it can test simply non destructive residual stress of welding container． Keywords：Test；W elding Container；Residual stress；Yield condition 维普资讯 http://www.cqvip.com