某供水工程在輸水線路上設(shè)置兩座配水站，站內(nèi)有七件大型鋼制管件。管件在加工過(guò)程中不可避免地會(huì)產(chǎn)生殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力一定程度上會(huì)降低構(gòu)件的實(shí)際強(qiáng)度、疲勞極限，造成應(yīng)力腐蝕和脆性斷裂，也會(huì)由于殘余應(yīng)力的松弛產(chǎn)生變形，嚴(yán)重影響尺寸精度和使用壽命。為保證管件的結(jié)構(gòu)精度和運(yùn)行安全，了解構(gòu)件內(nèi)部的殘余應(yīng)力值，掌握殘余應(yīng)力分布情況就變得尤為重要。

殘余應(yīng)力測(cè)試方法

目前工程上應(yīng)用較為廣泛的殘余應(yīng)力測(cè)試方法是盲孔法，就是在被測(cè)點(diǎn)上鉆一小孔，使被測(cè)點(diǎn)的應(yīng)力得到部分或全部釋放，并由事先貼在小孔周圍的應(yīng)變片測(cè)得釋放的應(yīng)變量，然后根據(jù)彈性力學(xué)原理計(jì)算出殘余應(yīng)力。這種方法殘余應(yīng)力測(cè)量結(jié)果精度較高。因此，該工程采用盲孔法，對(duì)三通、四通、三岔管焊縫進(jìn)行殘余應(yīng)力檢測(cè)。

殘余應(yīng)力檢測(cè)儀器介紹

儀器采用南京聚航科技有限公司的JHMK殘余應(yīng)力測(cè)試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK殘余應(yīng)力精密鉆孔裝置組成。儀器軟件操作，自動(dòng)實(shí)時(shí)計(jì)算殘余應(yīng)力，并實(shí)時(shí)顯示和保存應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，精度高，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確。應(yīng)變片采用三軸應(yīng)變片，可同時(shí)檢測(cè)0°、45°、90°等三個(gè)方向的應(yīng)力數(shù)據(jù)。

管件上應(yīng)力應(yīng)變測(cè)試點(diǎn)的設(shè)置

為了保證測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，真實(shí)反應(yīng)應(yīng)力分布情況，在大型鋼制管件的每條焊縫上均布有測(cè)點(diǎn)，鋼制四通構(gòu)件一般布設(shè)14-16個(gè)點(diǎn)，三通構(gòu)件布設(shè)11-12個(gè)點(diǎn)。

殘余應(yīng)力檢測(cè)

該工程大型鋼件管件母材厚度為28-30mm，應(yīng)變片打孔半徑1-1.5mm、深度2.5-3mm。布設(shè)點(diǎn)位置進(jìn)行拋光，再用JH-496膠水將應(yīng)變片貼牢，按順序?qū)⒘鶎?dǎo)線與應(yīng)變儀連接，調(diào)平應(yīng)變儀后進(jìn)行打孔并測(cè)得數(shù)據(jù)。

應(yīng)力測(cè)試結(jié)果及分析

以鋼制四通為例，采用盲孔法測(cè)得構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力大小。

表1 某四通構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力實(shí)測(cè)值

從表上可以看出，測(cè)得大型鋼制四通管件殘余應(yīng)力為259.59MPa，*大應(yīng)力為379.29MPa，點(diǎn)號(hào)為12點(diǎn)，與之對(duì)應(yīng)的構(gòu)件布設(shè)測(cè)試點(diǎn)號(hào)為C/E3，若把整條橢圓焊縫按照時(shí)鐘點(diǎn)位均布，此位置處于時(shí)鐘的8-10點(diǎn)范圍。

對(duì)7件大型鋼制管件殘余應(yīng)力*大值統(tǒng)計(jì)得出，其中有5個(gè)關(guān)鍵*大應(yīng)力分布在焊縫時(shí)鐘8-10點(diǎn)或者2-4點(diǎn)范圍，分布在此位置的幾率為7.14%。其中*大應(yīng)力點(diǎn)也分布在8-10點(diǎn)或者2-4點(diǎn)上下較近區(qū)域。

表2*大應(yīng)力分布位置統(tǒng)計(jì)表

總結(jié)

1. 大型鋼制管件殘余應(yīng)力*大值，集中在焊縫時(shí)鐘的8-10點(diǎn)和2-4點(diǎn)范圍，其余也分布在8-10點(diǎn)和2-4點(diǎn)上下較近區(qū)域，說(shuō)明通過(guò)焊接起焊位置、焊接順序、焊接方向等工藝方法，可以一定程度上解決殘余應(yīng)力集中的問(wèn)題。

2. 雖然控制焊接工藝、方法能在一定程度上，避免應(yīng)力集中在管件結(jié)構(gòu)、受力復(fù)雜的區(qū)域，但為保證最終整體管件的結(jié)構(gòu)精度和使用壽命，對(duì)于焊縫內(nèi)部殘余應(yīng)力的消除，仍是bu可或缺的重要工序。