不同残余应力测试方法与数值模拟对比研究

文中通过对X射线衍射法、盲孔法、超声波法测试残余应力的对比,同时用3种测试结果与数值模拟值进行对比分析研究,发现X射线衍射法和超声波法测试精度较高,2种方法具有很好的互补性。数值模拟和盲孔法的纵向和横向应力分布趋势一致,拉应力区窄而尖,但大于盲孔法所测得的残余应力峰值。而数值模拟得到的横向残余应力分布曲线较X射线法得到的横向残余应力分布曲线更为平缓和均匀,残余应力峰值也小。数值模拟和3种实测的分布规律和趋势是一致的,因此,数值模拟用于实际生产中具有一定参考价值和指导意义。     

焊接残余应力对管线钢防腐性能的影响

借助有限元分析手段对X80管线钢对接接头的残余应力进行仿真计算,得到残余应力分布情况.采用X射线衍射法和盲孔法对预测结果进行试验验证.结果表明,周向残余应力总体变化趋势呈现先增大,稳弧后应力平稳达到峰值位置保持,在接近收弧位置,残余应力值减小;轴向残余应力总体变化趋势呈现先增大,残余应力达到峰值位置后平稳下降.残余应力仿真预测结果与两种测量方法所得结果相吻合,X射线衍射法结果高于盲孔法应力结果.通过有限元仿真技术预测应力较大位置,此技术对有效防止应力腐蚀开裂有一定的工程应用指导意义.     

焊后热处理对S30408/Q345R复合板焊接接头残余应力的影响

采用计算机模拟、X射线衍射法和盲孔法对焊后热处理前后的S30408/Q345R复合板焊接接头的残余应力分布进行了研究。数值模拟结果表明：随着焊接道次的增加，焊缝区的残余应力逐渐减小并趋于稳定，熔合线附近的残余应力逐渐增大，且高于其他位置的残余应力。结果表明：采用580℃保温2 h的热处理工艺，消除残余应力的作用有限。X射线衍射法及盲孔法所获得的焊缝残余应力值最大误差为23%;焊接接头残余应力实测值明显高于模拟值，焊缝及熔合线附近位置误差均较大，最大误差可达33%。     

残余应力及其分布的X射线二维衍射分析与计算

根据在X射线二维衍射几何关系下建立的应力应变基本方程，提出了一种基于X射线多晶面探测器衍射系统的残余应力及其分布测量方法，即通过分析X射线衍射圆锥的变形程度确定应变张量，进而计算应力张量。该方法有效地利用X射线面探测器的“虚拟摆动”功能，在一定程度上解决了传统X射线衍射法较难处理的粗晶材料和有织构材料的残余应力测量问题。对304不锈钢的残余应力及其分布进行了分析与计算，结果表明，该合金呈表面残余压应力，并且应力分布比较均匀。     

用X射线法测焊接残余应力值偏低问题的研究

用X射线法和盲孔法测量了A3钢,16Mng钢焊接试板的残余应力,同时测量了起重机箱形主梁的焊接残余应力。获得的大量试验数据表明,用X射线法比用盲孔法所测焊接残余应力值偏低。对其应力值偏低的原因进行了初步探讨。     

高强钢Q890中厚板残余应力测量技术

高强钢已被广泛应用于工程机械大型结构件的生产中,焊后残余应力直接影响着后续工序。借助有限元分析手段对高强钢对接板的焊接过程进行模拟,经分析得到残余应力分布情况。兼顾测量位置选择原则,选取仿真结果相应位置,结合X射线衍射法和盲孔法两种手段验证预测结果。结果表明,高强钢中厚板仿真结果与X射线衍射法结果吻合较好;两种测量方法在低应力区吻合较好,高应力区存在一定差距,对现场生产残余应力控制有重要指导意义。     

NO8825/X52轧制复合板三维残余应力的测量分析

轧制复合板在制备过程中产生的残余应力对材料的力学性能以及耐腐蚀性能有很大影响。本文采用一种新的残余应力测试方法即比容差法,对NO8825镍基合金/X52管线钢轧制复合板试样进行了测量分析。该方法的原理为:测量材料去应力退火前后的相对体积变化,结合盲孔法数据,通过广义虎克定律求得其三维残余应力数据。比容差法可精确测量试样相对比容的变化,该方法实施简单方便,且造价较低。试验结果表明:试样法线方向的应力比平面内的应力大5～10倍,其数值在300～500 MPa。     

轧辊表面残余应力测试方法的对比试验研究

轧辊体积大且辊面状态又不好,尤其是热轧辊的表面常有氧化膜和微裂纹,在测量时又不能损伤轧辊表面,因此,轧辊残余应力的测量较困难.为验证临界折射纵波法测轧辊表面残余应力的准确性,用超声波法、X射线法和盲孔法对同一试件进行了应力测量.对这3种测量方法所测得的结果进行比较后,评价超声波法的可靠性和有效性.试验结果显示:临界折射纵波法测试的应力值与X射线衍射法和盲孔法测试的结果具有较好的一致性.     

起重机箱形主梁残余应力研究

箱形起重机的主要构件——起重机主梁是以焊接为主的钢结构。主梁的质量与焊接应力和变形直接有关,尤其是前者,前人研究的比较少。起重机箱形主梁由低碳钢焊接而成,尽管低碳钢可焊性较好,有时在局部也会出现裂纹。此外,起重机在使用一段时间后会产生下塌现象,这些都与焊接残余应力有关,为此大连起重机厂与我院焊接教研室合作对箱形起重机主梁的焊接及火焰矫正残余应力进行了研究。本文提供了用X射线法和盲孔法测试的主梁某几个截面的残余应力分布规律,并对用该两种方法测得结果进行了比较。测试结果对起重机主梁的生产有一定的指导意义。通过试验结果分析认为该两种方法是用于焊接结构残余应力测试的好方法,尤其是盲孔法,它的设备轻便,便于在现场操作。X射线法测试成本低,重复性好,适于研究测试较小尺寸结构。     

盲孔法与环切法测试油管残余应力相关性探讨

利用常用的盲孔法与环切法对多厂家、多规格超级 13Cr油管进行残余应力测试,获得了 36组残余应力测试数据。基于统计学原理,对两种方法获得油管残余应力结果进行相关性分析研究。研究表明,盲孔法与环切法测试残余应力的结果存在很强的相关性,且盲孔法测试残余应力的结果与环切法相差约 20%。     

钢板残余应力盲孔测量法试验及应用

盲孔法为目前应用最为广泛的金属结构残余应力测量方法. 为了在薄钢板残余应力检测时更合理使用盲孔法并获得最好的测量精度，设计制作钢板试样在拉伸(压缩)试验机上施加拉力或者压力，使用盲孔法重复测量钢板内应力多次并与其理论值进行比较，分析测量的准确性和重复性. 结果表明，最小可稳定感知的拉伸和压缩应力都大约为1 MPa，在各应力水平下测量值都存在一定大小的偏差和分散性. 随着拉应力的增大，测量的准确度和重复性也都提高，并在大于60 MPa以后趋于稳定；随着压应力绝对值的增大，测量的准确度和重复性也都提高，并在大于35 MPa之后达致稳定；当应力水平在?10 ~ 25 MPa之间时，测量的准确度和重复性都较差. 建立测量精度补偿修正模型，经过修正后盲孔法对于高应力(拉应力大于25 MPa，压应力小于?10 MPa)水平的测量准确度都可以显著提高；但对于低应力(拉应力小于25 MPa，压应力大于?10 MPa)水平的测量准确度与重复性仍都较低，建议在实际使用中通过增加测量次数以保证测量结果可信度. 将所建立的测量精度修正方法用于针对某公司热轧汽车大梁钢板分条前钢板残余应力的实际测量，测量发现产生分条翘曲缺陷的热轧钢板都存在横向残余应力大于纵向残余应力的现象，为研究分条翘曲问题提供了支撑.     

7075铝合金预拉伸板消除残余应力的试验研究

铝合金预拉伸厚板是现代航空工业的重要结构材料，但厚板淬火残余应力的存在不仅使其在机加工过程中易出现翘曲变形，而且也明显降低材料的动态使用性能加KIC、KQC、抗腐蚀和疲劳性能。对7075铝合金厚板淬火时残余应力的分布进行了试验研究，结果表明：通过控制淬火介质的温度，能有效降低淬火后厚板中的残余应力。此外，通过分析淬火过程中残余应力的产生机理，提出了两种降低淬火过程中残余应力的新方法。     

2195-F态铝锂合金TIG焊和FSW焊后残余应力分析

采用盲孔法和压痕法,分别对2195-F态铝锂合金手工TIG焊和FSW焊后残余应力进行测量. 结果表明,盲孔法的测量值普遍高于压痕法. 两种焊接方法,近焊缝区的纵向应力均高于横向应力;横向应力整体表现为压应力或小于50 MPa的拉应力;纵向应力在热影响区附近表现为大于焊缝的拉应力. 焊缝区附近,手工TIG焊纵向残余应力大于FSW,且纵向残余应力表现为较大的拉应力,最大值接近于接头的屈服强度;焊缝区外,手工TIG焊和FSW残余应力值相差不大,其横向残余应力基本表现为很小的拉应力或者压应力.     

热轧高强度钢板矫直前后残余应力分布的研究

针对热轧钢板产品常出现的旁弯、翘曲等板形质量问题,通过盲孔法测量钢板矫直前以及粗矫直、精矫直后的残余应力分布来分析矫直工艺对钢板残余应力分布的影响,以便改善热轧钢板产品的质量。实测结果表明：矫直前钢板宽度方向残余应力很不均匀,并且在钢板边部存在残余压应力使钢板出现边浪等板形不良的情况;经过粗矫直后应力值分布不均减小;在精矫直后应力值进一步减小并且分布趋于均匀。而同一矫直工序中钢板长度方向不同位置残余应力分布也不同,其中钢卷中部的残余应力值为最小。     

预拉伸变形量对7055铝合金厚板表面残余应力的影响

为了系统性地研究预拉伸变形量对淬火残余应力的消减规律,采用基于cosα法的μ-X360s型X射线残余应力分析仪,表征7055铝合金厚板经不同预拉伸变形量(0%、0.5%、1.2%、1.5%、2.5%、3.3%、3.9%)的表面残余应力水平,并通过基于sin2Ψ法的X射线衍射法和钻孔法验证测试结果。结果表明:7055铝合金厚板经过固溶淬火处理后,残余应力水平较高,轧向分应力略小于横向分应力,在厚板边缘区域残余应力水平波动较大,波动区域大约在距边部27mm的位置。当预拉伸变形量为1.5%时,轧向分应力的明显减小,继续增大拉伸量,残余应力稳定在60~70 MPa;而当预拉伸变形量大约为1.5%时,横向分应力由压应力状态转变为拉应力状态;经超过2.5%的预拉伸变形后,残余应力稳定在20~30 MPa。     

盲孔法测量汽轮机转子残余应力

采用盲孔法测量汽轮机转子近表面的残余应力,并与切环法进行比较。结果表明:不同加工阶段,汽轮机转子表面的残余应力大小及分布是不同的;盲孔法更能真实地反映汽轮机转子近表面的残余应力状况;盲孔法测量残余应力,破坏性小,操作便捷,测量精度高。     

盲孔法与压痕法测量2219铝合金熔焊焊缝残余应力的对比分析

采用盲孔法和压痕法,分别对2219铝合金变极性TIG焊焊缝两侧的残余应力进行测量,测量点沿距焊缝中心线19 mm的纵截面上布置.铝合金熔焊的残余应力关于焊缝中心线近似对称相等,在焊缝中心线任一垂直线上,距离焊缝中心线距离相等的两点应力相等.分别用两种应力测量方法测量焊缝中心线两侧应力,对比两种测量方法对同一大小的应力测量的差别.测量结果表明,盲孔法与压痕法应力测量结果变化趋势大体一致,沿焊缝方向应力呈现抛物线状,在焊缝中部存在应力最大值.根据两种测量方法的回归曲线,压痕法测量结果比盲孔法大20 MPa左右.通过R软件做配对样本的t检验分析,在置信度为0.95时,压痕法测量结果减盲孔法测量结果的差值的置信区间为(14,37),平均差值为25 MPa.     

X射线法测量淬火铝合金厚板表面残余应力

采用无损X射线衍射技术测试了7075铝合金厚板淬火后表面残余应力水平与分布,得到了淬火铝合金厚板表面残余应力的分布区间和一般规律,分析了准直管对测试结果的影响,并与中心钻孔法得到的结果做了比较。结果表明,两种方法都能有效并正确测量构件的表面残余应力,但中心钻孔法不适合用于应力梯度大的场合,而X射线法在无应力或原始应力水平很低的场合效果欠佳。淬火铝板表面残余应力的测试结果呈正态分布,且淬火过程中边缘局部有应力释放,释放值可达40%,且此区域大小约为铝板的一个厚度。     

再加工工艺对N18锆合金板残余应力的影响

采用“热轧+冷轧+退火”工艺对N18锆合金板进行再加工,通过X射线法分析板的表面残余应力,采用EBSD技术分析晶界取向差角分布和大小角度晶界。结果表明,热轧后N18锆合金板的表面残余应力呈现无规律分布状态;冷轧后板的表面残余应力均为压应力,其大小随着冷轧变形量的增加而增加;退火后板的表面残余应力值处于较低水平,当退火制度为500 ℃×2 h时,残余应力处于最低水平;退火后,板的微观结构以小角度晶界为主,且随着退火温度的升高,小角度晶界的密度先增加后趋于稳定。     

Evolution of residual stresses in dissimilar steel surfacing layers during process of post-weld heat treatment

Abstract

Residual stress relaxation during post-weld heat treatment (PWHT) is a thermodynamic process, which is affected not only by the heat treatment process, but also by the welding residual stress. In this study, the residual stresses in as welded and heat treated surfacing metal were measured using blind hole and X-ray method. The results reveal that the welding residual stresses are compressive at the surface of the weld and tensile at inner weld. However, after PWHT, the residual stresses at surface and inner weld change to the opposite state. Finite element simulations show that the differences of expansion coefficients between base metal and filler material are the main factor to the changes of stress state. The experimental results verify that the expansion coefficients of base metal and filler materials have been changed greatly after long soaking at high temperature.