基于电磁超声的焊接残余应力测量研究

发布时间：2020-04-17 11:03

【摘要】：焊接结构在加工过程中不可避免地会产生焊接残余应力,焊接残余应力的存在对结构的使用性能有严重影响,从而产生安全隐患,因此对焊接残余应力的测量具有重要意义。作为一种新兴的残余应力测量手段,电磁超声法由于具有无损、快速、可实现在线测量等优点而受到广泛关注。本文针对焊接残余应力的无损测量问题,采用电磁超声法开展焊接残余应力实测研究,并采用盲孔法与有限元数值模拟对其可行性与精度进行验证。结果表明:电磁超声法能够有效地测量焊接接头残余应力的分布状态,具有潜在的工程应用价值。开展的主要工作如下:(1)借助电磁超声技术,对Q345R钢板对接接头残余应力进行测量。在考虑材料各向异性的基础上,对已有的横波声弹性公式进行修正;针对焊接接头不同区域(焊缝区、热影响区、母材区)材料微观组织存在较明显的差异,分别加工标定试样,通过拉伸标定实验测得常温环境下(25±2℃)相应区域的材料声弹性系数与各向异性参数,并结合实测横波声速值获得了焊接接头不同部位的残余应力分布。(2)采用盲孔法测量焊接接头残余应力,并对电磁超声法测量结果进行了验证。通过标定实验测得材料的应变释放系数,并采用基于形状改变比能参量S的方法对其进行塑性修正;对比分析盲孔法与电磁超声法测量结果,结果表明,两者具有基本一致的残余应力分布趋势。(3)为克服盲孔法与电磁超声法测量结果可比性较低且盲孔法测点数量有限等不足,采用焊接模拟专用软件Simufact.Welding,建立热弹塑性分析有限元模型,对焊接接头的残余应力场进行数值分析,并对电磁超声法测量结果进行验证。基于盲孔法测量结果对有限元模型的合理性进行了验证;分析了焊接残余应力沿焊接件厚度的分布,并将厚度方向数值模拟平均值与电磁超声法测量值进行对比分析。结果表明,模拟结果与电磁超声法实测结果的分布趋势吻合较好。
【图文】：

随着国民经济的快速发展，在航空航天、交通运输、核电设备、化工冶金等逡逑关键制造业生产中，对产品服役期间的安全可靠性提出了极高的要求。在这些领逡逑域内，产品制造过程中多采用了焊接工艺。图１．１为焊接技术在制造领域内的典逡逑型应用案例。逡逑Ｉ逡逑（ａ＞火箭储箱逦（ｂ）汽车制造逡逑（Ｃ）运输管道逦（ｄ）反应堆压力容器逡逑图１．１焊接技术的应用案例逡逑焊接残余应力是焊接构件冷却后残留在焊件内的应力，其产生原因主要是焊逡逑接过程的局部不均匀加热导致焊件产生不均匀的温度场，在焊件冷却过程中，先逡逑冷却的部位对后冷却的部位产生约束，，阻碍焊件变形，从而产生了焊接残余应力逡逑［１］。另外，在冷却过程中，如果焊缝处金属组织发生转变从而产生了体积的变化，逡逑也会产生焊接残余应力。逡逑焊接残余应力的危害是多方面的，不仅会对结构产生有害变形，影响构件的逡逑加工和安装精度，而且会影响结构的刚度与稳定性。在服役状态下，焊接残余应逡逑１逡逑

随着国民经济的快速发展，在航空航天、交通运输、核电设备、化工冶金等逡逑关键制造业生产中，对产品服役期间的安全可靠性提出了极高的要求。在这些领逡逑域内，产品制造过程中多采用了焊接工艺。图１．１为焊接技术在制造领域内的典逡逑型应用案例。逡逑Ｉ逡逑（ａ＞火箭储箱逦（ｂ）汽车制造逡逑（Ｃ）运输管道逦（ｄ）反应堆压力容器逡逑图１．１焊接技术的应用案例逡逑焊接残余应力是焊接构件冷却后残留在焊件内的应力，其产生原因主要是焊逡逑接过程的局部不均匀加热导致焊件产生不均匀的温度场，在焊件冷却过程中，先逡逑冷却的部位对后冷却的部位产生约束，阻碍焊件变形，从而产生了焊接残余应力逡逑［１］。另外，在冷却过程中，如果焊缝处金属组织发生转变从而产生了体积的变化，逡逑也会产生焊接残余应力。逡逑焊接残余应力的危害是多方面的，不仅会对结构产生有害变形，影响构件的逡逑加工和安装精度，而且会影响结构的刚度与稳定性。在服役状态下，焊接残余应逡逑１逡逑
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TG404

【参考文献】

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5 路浩;刘雪松;孟立春;马子奇;方洪渊;;高速列车车体服役状态残余应力超声波法无损测量及验证[J];焊接学报;2009年04期

6 王威;;几种磁测残余应力方法及特点对比[J];四川建筑科学研究;2008年06期

7 魏勤;董师润;徐颖梅;;超声纯横波法测试45~#钢的内部应力[J];实验力学;2007年06期

8 王淑娟;康磊;赵再新;翟国富;;电磁超声换能器的研究进展综述[J];仪表技术与传感器;2006年05期

9 关卫和,阎长周,陈文虎,陶元宏;高温环境下超声波横波检测技术[J];压力容器;2004年02期

10 蒋立强;吴克成;;残余应力的二维声弹性测量[J];无损检测;1992年05期

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3 马学周;Q460高强钢多层多道焊残余应力数值计算[D];江苏科技大学;2014年

4 陈天瑞;焊接接头残余应力的超声测量技术研究[D];华东理工大学;2014年

5 朱忠尹;大型构件多层多道焊焊接变形数值模拟[D];西南交通大学;2013年

6 朱平;基于固有应变法预测转向架焊接变形的研究[D];天津大学;2012年

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8 张盈彬;中厚板焊接残余应力与焊接变形的测量试验研究[D];华中科技大学;2012年

9 孙日明;电磁超声应用于钢轨应力检测的研究和分析[D];南京航空航天大学;2011年

10 罗琅;声弹性效应测试金属材料内部平面应力[D];江苏科技大学;2010年

本文编号：2630792