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。管件在加工過程中不可避免地會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力一定程度上會降低構(gòu)件的實際強度、疲勞極限，造成應(yīng)力腐蝕和脆性斷裂，也會由于殘余應(yīng)力的松弛產(chǎn)生變形，嚴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)力測試方法

目前工程上應(yīng)用較為廣泛的殘余應(yīng)力測試方法是盲孔法，就是在被測點上鉆一小孔，使被測點的應(yīng)力得到部分或全部釋放，并由事先貼在小孔周圍的應(yīng)變片測得釋放的應(yīng)變量，然后根據(jù)彈性力學原理計算出殘余應(yīng)力。這種方法殘余應(yīng)力測量結(jié)果精度較高。因此，該工程采用盲孔法，對三通、四通、三岔管焊縫進行殘余應(yīng)力檢測。

殘余應(yīng)力檢測儀器介紹

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，自動實時計算殘余應(yīng)力，并實時顯示和保存應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，精度高，測量結(jié)果準確。應(yīng)變片采用三軸應(yīng)變片，可同時檢測0°、45°、90°等三個方向的應(yīng)力數(shù)據(jù)。

管件上應(yīng)力應(yīng)變測試點的設(shè)置

為了保證測量數(shù)據(jù)的準確性，真實反應(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點，鋼制四通構(gòu)件一般布設(shè)14-16個點，三通構(gòu)件布設(shè)11-12個點。

殘余應(yīng)力檢測

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)點位置進行拋光，再用JH-496膠水將應(yīng)變片貼牢，按順序?qū)⒘鶎Ь€與應(yīng)變儀連接，調(diào)平應(yīng)變儀后進行打孔并測得數(shù)據(jù)。

應(yīng)力測試結(jié)果及分析

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

表1 某四通構(gòu)件內(nèi)部應(yīng)力實測值

從表上可以看出，測得大型鋼制四通管件殘余應(yīng)力為259.59MPa，*大應(yīng)力為379.29MPa，點號為12點，與之對應(yīng)的構(gòu)件布設(shè)測試點號為C/E3，若把整條橢圓焊縫按照時鐘點位均布，此位置處于時鐘的8-10點范圍。

對7件大型鋼制管件殘余應(yīng)力*大值統(tǒng)計得出，其中有5個關(guān)鍵*大應(yīng)力分布在焊縫時鐘8-10點或者2-4點范圍，分布在此位置的幾率為7.14%。其中*大應(yīng)力點也分布在8-10點或者2-4點上下較近區(qū)域。

表2*大應(yīng)力分布位置統(tǒng)計表

總結(jié)

1. 大型鋼制管件殘余應(yīng)力*大值，集中在焊縫時鐘的8-10點和2-4點范圍，其余也分布在8-10點和2-4點上下較近區(qū)域，說明通過焊接起焊位置、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。