CN103017955A - 定值残余应力焊接试块的制作工艺和保护方法 - Google Patents

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潘勤学
徐浪
王海岭
宗亚娟
李骁
郭军
宋文涛
刘海洋
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Abstract

本发明提出的定值残余应力焊接试块主要由大小两种试块组成，在受挤压的大试块上中间对称部位焊接两个个小试块，在挤压力消失之后，大试块回弹过程中对焊接的小试块产生拉应力，控制大小试块的变形量，从而达到所需要的应力值大小，获得不同应力值的残余应力焊接试块。本发明还提出了一种残余应力保持技术，即在试块制作完成后，将其保存在恒温箱等类似的恒温环境下，防止试块受到温度、冲击和振动等因素影响而应力释放。

Description

定值残余应力焊接试块的制作工艺和保护方法
一、技术领域
本发明涉及一种定值残余应力焊接试块制作工艺和保存技术，试块适用于残余应力超声无损检测系统的校准。
二、背景技术
残余应力的无损检测受到越来越广泛的重视，超声法作为一种残余应力无损测量新方法，检测理论已经很成熟，但是这种方法检测的是相对残余应力值，而非绝对残余应力值，因此研制定值残余应力试块是超声法无损检测残余应力得以推广应用的保障。
国内外在定值残余应力试块方面已有一些研究。目前使用较多的是将待测材料的金属粉末压铸成一定尺寸的试块，根据压铸好的试块晶格的变化来进行残余应力标定,通常放在自然环境下使用。英国研究人员通过弯曲钢材的方法制造残余应力试块，没有公开具体的保存方法。国内也有研究人员利用喷丸强化处理的方法，在工件的表面产生一定厚度的残余应力层，但喷丸之后的表面不平整，对超声法检测残余应力的影响较大，还有部分研究人员利用渗碳的办法形成残余应力强化层，而国内外利用焊接的方法制造残余应力标准试块的研究还未曾开展过。
在弹性极限范围内，通过挤压试块产生单一方向的压应力，试块在挤压力撤销之后均会发生回弹，利用焊接技术将回弹前的挤压试块焊接在一起，相互束缚，相互作用，产生拉应力或压应力，利用此原理，通过挤压和焊接以及控制试块的形变即可获得定值的残余应力试块。
目前，国内外残余应力消除的方法主要有回火处理、振动时效、超声冲击以及自然时效法。这些方法主要是使焊接构件在温度交替变化和振动、冲击等交替载荷的作用下，局部的织构发生重组，从而使残余应力释放。稳定的恒温环境能降低试块的热胀冷缩和组织重构的发生，使残余应力能维持一个较长的时间。
试块制作过程中，准确控制大小试块的形变量十分关键；试块使用过程中，试块的保存技术十分重要。
三、发明内容
本发明的目的提出一种定值残余应力焊接试块的制作工艺和保存方法，残余应力超声无损检测结果的现场校准提供依据。
本发明提出的定值残余应力焊接试块主要由大小两种试块组成，在受挤压的大试块上中间对称部位焊接两个个小试块，在挤压力消失之后，大试块回弹过程中对焊接的小试块产生拉应力，控制大小试块的变形量，从而达到所需要的应力值大小，获得不同应力值的残余应力焊接试块。本发明还提出了一种残余应力保持技术，即在试块制作完成后，将其保存在恒温箱等类似的恒温环境下，防止试块受到温度、冲击和振动等因素影响而应力释放。
四、附图说明
图1定值残余应力焊接试块制作工艺-材料准备
1-小试块 2-大试块 3-小试块
图2定值残余应力焊接试块制作工艺-试块摆放
图3定值残余应力焊接试块制作工艺-焊接方式
1-压力试验机上压头 2-小试块 3-焊缝 4-大试块 5-压力试验机下压头
五、具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：
定值残余应力焊接试块的制作工艺：
1.以45钢为例，作为试块的制作材料，如图1所示，制作大小两种试块，大试块2的尺寸为：30mm×30mm×130mm，小试块1,3的尺寸为30mm×5mm×70mm，大小试块的表面粗糙度≤Ra6.4。
2.将大小试块进行回火处理，消除试块的加工应力，使试块处于零应力状态。
3.根据胡克定律，依据大小试块的横截面积以及所要得到的试块的应力值计算出压力试验机施加在大试块1端面的压力大小，即所施加载荷大小。
4.如图2所示，采用束紧方法将两个小试块与大试块紧密贴在一起。
5.如图3所示，将大试块4放在压力试验机的上压头1和下压头5中间，按照预先计算好的载荷大小设定压力试验机挤压大试块4，图中红色箭头为挤压方向，大试块30mm×30mm的面为受压面。待达到计算载荷之后，稳定一段时间后，在不卸载的情况下，将小试块2焊接在大试块4上。焊接过程中，尽量保证大小试块不发生明显的变形。小试块2焊接切口端面应整体被焊道覆盖。
6.待小试块2焊接好之后，在不卸载的情况下空冷，待试块冷却之后，将压力试验机卸载，试块制作完成，并测量并记录定值试块的应力值大小，与理论值比较。
7.如果要获取不同大小残余应力值的焊接试块，只需对大试块4施加不同的挤压力，按照上述相同的步骤进行操作。
定值残余应力焊接试块的保存方法：
定值残余应力焊接试块制作完成后，在测量残余应力值后，将试块保存在恒温箱等恒定温度环境下，温度为2～8℃，从而消除温度的交替变化使试块发生热胀冷缩，使残余应力不断松弛。另外，在试块保存过程中，应尽量避免发生冲击和振动而使残余应力释放。试块的保存过程中，定期的监测并记录试块残余应力变化。每次校准完残余应力超声检测系统，及时将试块放回到恒温箱中。

Claims (9)

1.定值残余应力焊接试块的制作工艺和保存方法，定值试块由一个大试块和两个小试块组成，在大试块受挤压的状态下，将小试块焊接在大试块的中间对称部位，在挤压载荷消失之后，通过大试块的回弹效应和焊接作用产生残余应力，控制试块的变形量来使试块的应力值为定值，定值试块制作完成好，应保存在温度较恒定的环境下。
2.根据权利要求1所述，应力试块的材料为金属材料，可以为不同成分的钢材，如45#钢、Q235，Q345等。
3.根据权利要求1所述，加工大小两种试块，试块的表面粗糙度≤Ra6.4，试块加工完成后进行回火处理，使试块的加工应力得以释放，达到零残余应力状态，具体数值可以用X射线应力测定仪器检测。
4.根据胡克定律计算大小试块的形变量和应施加在大试块上的挤压力。
5.根据权利要求1所述，在焊接之前需要对大小试块贴近表面进行光滑平整处理，并用束紧方法将两个试块紧密贴在一起。
6.根据权利要求1所述，焊接试块制作过程中，在大试块上施加挤压力，待压力稳定后，将小试块焊接在大试块上，小试块的焊接切口端面须整体被焊道覆盖。
7.根据权利要求5所述，待小试块焊接好后，试块在不卸载情况下空冷，待试块冷却之后卸载并取下试块。
8.根据权利要求1所述，定值焊接试块制作完成后，应长期储存在如恒温箱等恒定温度环境下，温度为2～8℃，并且要防止试块受到冲击和振动。
9.在进行残余应力超声检测系统校准时，从恒温箱中取出试块，在校准完成后应及时将试块放回恒温箱中继续保存。
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