非均匀残余应力的钻孔法测量原理及应用

工件近表面的残余应力,尤其是表面大约1mm深度范围内的残余应力分布时常是一些制造行业关注的重点,而常见的残余应力测量方法,由于种种原因,在实测这一深度的非均匀分布残余应力时候会遇到困难。高速钻孔法残余应力测量技术采用分层钻孔的方法,可以较好地表征这一深度范围内的残余应力分布,在这一测量领域有独特的优势,但国内由于测试设备和技术的原因,采用这种技术并不普及。本文以喷丸处理的铝合金残余应力测量为例,结合相关国标和ASTM标准,详细介绍了该测量技术的实施过程和特点,阐述了高速钻孔法非均匀残余应力分析的计算方法,分析了分层钻孔法在进行非均匀残余应力场测量中的难点,并就解决方案进行了分析和讨论。

小孔法中校准系数的有限元数值标定技术研究

由于小孔法中校准系数a和b的试验标定过程较为繁琐,以及ASTM E837-08给出的推荐值在实际测量中有一定的局限性,用有限元数值分析的方法模拟力学拉伸试验的校准过程,对中心圆直径为5.13 mm的A型应变花的校准系数进行标定。通过ANSYS构造试件和应变花粘合的三维模型,分别对薄试件钻通孔和厚试件钻盲孔的情况进行研究,分析试件贴片平面的边长、试件的厚度、钻孔直径和钻孔深度对a和b的影响,然后将标定得到的数据与ASTM E837-08的推荐值进行比较分析。结果表明,薄试件钻通孔时,钻孔直径是主要的影响因素,厚试件钻盲孔时,钻孔直径和钻孔深度是两个主要的影响因素,且它们对a和b的影响都有一定的规律性;通过有限元数值分析的方法标定小孔法中的校准系数得到的数值准确可靠,与ASTM E837-08的推荐值吻合较好,并对其数值做了较充分的扩展;有限元数值标定的方法快捷有效,可以取代复杂的力学拉伸试验校准的方法。

焊后热处理对特厚板20MnNiMo焊接残余应力的影响

为了研究焊后热处理对8万吨模锻压机主缸材料20MnNiMo焊接接头残余应力的影响,制定了窄间隙焊接方案和15 h×(550±10)℃焊后热处理方案,并通过盲孔法对焊接接头表面残余应力进行了测定和记录。得到了15 h×(550±10)℃焊后热处理对20MnNiMo厚板焊接接头残余应力场分布的影响。结果表明:15 h×(550±10)℃去应力退火可以很好的减小20MnNiMo厚板焊接残余应力,去应力效果显著,可以很好地改善20MnNiMo焊接残余应力的分布,该热处理方案满足实际产品需要,可以用于实际焊接生产中。

X80钢大口径螺旋焊管的残余应力

采用盲孔法和切环法对不同成型参数的X80钢大口径螺旋焊管的残余应力进行了测试,并对其残余应力的水平、分布特点及产生的原因进行了分析。结果表明:X80钢大口径螺旋焊管残余应力表现形式复杂多样,其残余应力的分布及水平反映了螺旋焊管成型时成型参数的设置;其峰值残余应力均出现在焊缝区内表面;切环试验的内插变形是成型时压下量过大造成内表面的残余拉应力比外表面的残余拉应力大所致。

焊接工艺对30mm厚Q690钢板焊接残余应力的影响

为了得到焊接工艺对30 mm厚Q690钢板焊后残余应力分布及大小的影响,实施了不同工艺条件下的焊接试验,并通过盲孔法对试板焊后应力进行测定,得到了不同工艺条件下的焊接残余应力。结果表明,在焊缝区,横向应力为压应力,最大为569 MPa,纵向应力为拉应力,最大为57 MPa;在热影响区,横向应力为拉应力,最大为143 MPa,纵向应力由压应力逐步变为拉应力,最大拉应力为75 MPa。焊材和焊接热输入对接头残余应力有一定影响,其中,焊接热输入增加,残余应力也逐步变大。采用"X"形坡口可以改善焊接接头残余应力分布,残余应力多为压应力,但残余压应力的存在会降低接头的局部稳定性,需进行焊后热处理,以减小其不利影响。在实际生产中优选药芯焊材和热输入为20.8 k J/cm的焊接工艺。

逐层钻孔法测试多层材料残余应力数值研究

以典型的复合层状材料热障涂层为例,利用有限元分析软件对热障涂层的松弛系数进行了数值计算分析研究。介绍了逐层钻孔法有限元三维模拟分析具体步骤。通过计算分析,分别研究了TBC层微观孔形和BC层厚度及钻孔进给量对系数的影响,从而找出孔型变化和厚度增加对对系数影响的变化规律。

焊后热处理对316LN焊接残余应力的影响

为了研究焊后热处理对316LN焊接残余应力的影响,设计了拘束应力试验件并制定了热处理工艺方案,通过盲孔法测定热处理前后焊接残余应力值,并进行了对比分析。结果表明（920±10）℃×1h和（400±10）℃×（2~3）h均可以很好地减少316LN焊接残余应力,尤以（920±10）℃×1h去应力效果最为显著。

TATB基高聚物粘结炸药残余应力的测试和消除研究

以TATB基高聚物粘结炸药(PBX)为对象,采用盲孔法测定了PBX炸药的初始残余应力及其分布,研究了孔深和钻孔后应变读数时间对结果的影响,以及样品热处理后对残余应力松弛的影响。结果表明:孔深3 mm和钻孔后10 min的应变读数时间是适宜的实验参数。热处理能够明显降低和均化PBX炸药内部的残余应力,75℃热处理3天能消除50%的残余应力并趋于稳定。

用盲孔法测量Ф158.8mm钻铤内螺纹端残余应力

采用盲孔法测量直径为158.8mm的2个不同生产厂家的钻铤内螺纹端的轴向和径向残余应力,得到残余应力沿钻铤内螺纹端轴向和径向的分布模式,并对不同方向上残余应力的分布进行分析.为提高钻铤的使用性能,降低钻铤失效的概率,建议测定成品钻铤的残余应力;油田在制定订货补充条件时,应该对残余应力提出相应的要求.

盲孔法测量高残余应力的可靠性与精确度

钻孔法测量残余应力的范围是应力不超过材料屈服极限的一半。但是在许多情况下,钻孔法是用于测量焊接残余应力,而该应力峰值往往接近材料的屈服极限。本文探讨了盲孔法测量高残余应力的可靠性与精确度。为了模拟工程应用中测量残余应力的实际过程,本文采用标定的方法,即在试验机保持一定载荷不变的条件下进行贴片与钻孔操作,测得释放应变值。试验结果表明,用测得释放应变值计算出的应力值与标定应力值吻合较好,最大绝对误差仅为21MPa。

铝合金薄板焊接接头残余应力分析

铝合金型材已经被广泛用作高速列车车体材料,其结构件焊接接头的服役安全可靠性至关重要。残余应力对接头的疲劳寿命影响很大,能够准确、无损、快速对焊接结构的残余应力进行测试。分别采用小孔法及X射线衍射法进行残余应力测试,通过对比分析两种方法测量的焊接接头残余应力的分布及数值,发现小孔法测量数值稍大于X射线衍射法;射线法测得数值波动范围较小孔法大,其主要原因是测量试件表层应力。但两种方法测量结果的总体趋势一致,故采用无损的X射线衍射法测量3 mm5083-H111薄板的MIG焊接头是可行的。

焊接钢轨轨腰残余应力特性分布研究

为研究焊接钢轨轨腰部位残余应力的分布特性,首先阐述了钢轨中残余应力的影响及危害,介绍了盲孔法测量残余应力的原理及优势,采用传统盲孔法与逐层钻孔法分别对标准60kg/m闪光焊焊接钢轨轨腰残余应力进行了对比测试,研究得到了轨腰部位残余应力在母材区及焊缝区的分布特性及沿深度变化的规律。结果表明:轨腰部位母材区的残余应力为压应力,而焊缝区的残余应力为拉应力;轨腰部位的母材区与焊缝区残余应力值的大小相差非常明显,且焊缝区的竖向残余拉应力值很大;在深度h=1mm范围内,轨腰部位的残余应力值随着深度的增大而增大,在0.2mm之后趋于稳定;逐层钻孔法将孔深范围内残余应力分层释放,释放更为彻底,因此逐层钻孔法所测得的残余应力值比传统盲孔法的大。

爆炸复合钢板的复层中残余应力分布的测定

用改进的盲孔法对一种复合钢板的双相不锈钢 0 0Cr18Ni5Mo3Si2复层中残余应力测试结果表明 ,复层内存在不均匀的残余应力 ,复层表面的残余应力较小 ,约靠近复层与基层的结合面应力越大 ,最大残余应力可达 10 0MPa以上。

用改进的盲孔法测试复合钢板复板的残余应力

为了研究复合钢板复板中残余应力的大小和分布状况 ,采用改进的盲孔法 ,即在测点打孔后多次扩孔 ,利用相似标定实验所得多组应变释放系数计算残余应力 ,可得不同深度残余应力的估算值。实测结果与定性分析结果吻合。测试结果还表明 ,复合钢板复层内存在残余应力 ,且以拉 拉和拉 压应力状态为主 ,应力沿厚度方向非均匀分布 ,随深度增加应力增大 ,最大应力位于结合面附近 ,应力值超过 10 0MPa。

用改进的盲孔法测试复合钢板复板的残余应力

为了研究复合钢板复板中残余应力的大小和分布状况，采用改进的盲孔法，即在测点打孔后多次扩孔，利用相似标定实验所得多组应变释放系数计算残余应力，可得不同深度残余应力的估算值。实测结果与定性分析结果吻合。测试结果还表明，复合钢板复层内存在残余庆力，且以拉－拉和拉－压应力状态为主，应力沿厚度方向非均匀分布，随深度增加应力增大，最大应力位于结合面附近，应力值超过100MPs。

跨孔声波CT技术在新疆小热泉子铜矿勘查中的应用

为了在金属矿上推广井中声波CT技术的应用,在新疆小热泉子铜矿区进行了跨孔声波CT技术探测矿体的示范试验,取得了3对跨孔剖面的测量成果。试验结果表明,DST—4型声波CT勘查系统具备较高的实用性,获得两钻孔间平口距118.5 m的跨孔CT资料,证实了在大跨距条件下确定井间矿体的分布与探测井间盲矿的有效性。文章结合试验结果,讨论了CT资料解释和探测效果,提出了进一步改进方法技术的建议。

不等厚钢板对接焊缝焊接残余应力研究

为研究钢结构桥梁中不等厚钢板对接焊缝焊接残余应力的大小及分布规律,文中采用ABAQUS模拟软件,建立了16 mm厚与24 mm厚Q345qD钢板对接多层焊三维有限元模型,通过顺序耦合的方法对焊接过程进行了模拟,并将模拟得到的应力场结果与盲孔法试验结果进行对比验证。结果表明沿垂直于焊缝路径上,纵向残余应力在远离热影响区表现为压应力,而在热影响区表现为拉应力,较薄钢板一侧的纵向残余应力略小于较厚钢板一侧的残余应力。横向残余应力一致表现为拉应力,其分布规律具有明显的不对称性。在平行于焊缝路径上,纵向残余应力变化明显,呈现为拉-压交替的分布形式,横向残余应力在焊缝两端表现为压应力,且向试件中心逐渐过渡为拉应力。

小盲孔法和磁性法测残余应力的比较

本文对目前在焊接结构残余应力测试中应用最广的小盲孔法及磁性法进行比较。首先进行标定、得到了必要的数据及图表,然后进行测试比较。结果表明,可比性较差。文中分析了造成误差的原因,并指出,虽然目前对磁性法的测量精度还有争议,但用其检测消除焊接结构中残余应力的效果是可靠的。

基于盲孔法的钢绞线有效预应力检测识别技术

既有铁路桥梁中,预应力钢绞线有效预应力识别关系铁路桥梁工作安全状态的评判,建立一种直接通过应力释放法来识别有效预应力的方法。首先,通过有限元仿真模拟分析,对钢绞线钻孔后孔边应力释放规律以及钻孔参数对应力释放过程的影响进行探究,结果表明,钢绞线钻孔后孔边应力释放量随孔边距的增加从最大值逐渐减小,且减小速度由快到慢趋于平缓;孔边应力释放量随钻孔半径和钻孔深度的增加而增加,当钻孔深度与钻孔半径比值在2.0~3.0之间时,孔边应力释放量接近收敛。然后,通过钢绞线钻孔试验,对以上规律进行验证和分析。同时,基于不同等级张拉力下钻孔半径0.5 mm、钻孔深度2.5 mm的应变片实测应变释放量数据,拟合盲孔法识别钢绞线有效预应力的经验公式,经误差分析得出,有效预应力拟合计算值与真实值之间的相对误差最大值为8.82%,超过85%的数据相对误差在7%以内,证明盲孔法识别钢绞线有效预应力具有可行性。

振动时效工艺在钻采设备的研究与应用

大型金属结构件其内部存在的残余应力对产品具有一定的危害性,因此消除残余应力是必要的过程。结合公司产品特点,基于振动时效方法对金属结构件消除残余应力处理,通过分析振动时效特性曲线和盲孔法检测振动时效残余应力变化情况,旨在对振动时效消除残余应力的效果予以验证,以期振动时效去应力方法在石油钻采设备制造中能获得更广泛的推广与应用。