CN107101762B - 一种圆管内壁焊接残余应力的测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆管内壁焊接残余应力的测量方法，在圆管焊接接头处形成的焊接残余应力场比较复杂，找到一种准确有效的测量圆管内壁焊接残余应力方法尤为重要。该发明采用切割法，在传热管内壁粘贴电阻应变片，采用硅橡胶进行表面保护。在应变片引线处连接接线端子，组合成可以重复测量的应变片接头。采用内窥镜进行圆管内壁测点定位，通过测量线切割后释放的弹性应变值，计算焊接残余应力。本发明测量结果精确可靠，重复性好。适用于测定圆管内壁焊接残余应力值。

Description

一种圆管内壁焊接残余应力的测量方法

技术领域：

本发明涉及焊接残余应力测试方法，具体涉及一种圆管内壁焊接残余应力测量方法。

背景技术：

焊接是局部加热过程，构件上的温度分布极不均匀，焊缝及其附近区域的金属被加热至熔化，然后逐渐冷却凝固，再降至常温。近缝区的金属也要经历从常温到高温，再降至常温的热循环过程。金属在加热时膨胀，冷却和凝固时收缩，由于结构各处的温度极不均匀，所以各处的膨胀和收缩变形也差别较大，这种变形不一致导致了各处材料的相互拘束，这样就产生了焊接残余应力。

焊后残余应力是影响构件使用安全的危险因素，往往是裂纹、应力腐蚀开裂等缺陷的主要原因。因此，在评价关键结构的焊接完整性和安全性时，焊接残余应力是一个重要指标。

目前对于焊接残余应力的测量方法而言，主要分为无损测量和破坏性测量方法。无损检测主要利用工件自身的物理特性来检测，它对测量构件几乎没有损伤，而且测量简单快捷，但精度不如破坏性方法。常见的非破坏法主要有X射线衍射法、中子衍射法、γ射线法等。破坏性方法主要指机械法，采用机械加工的手段，对被测构件进行部分加工或者完全剥离，使被测构件上的残余应力部分释放或者完全释放。破坏法包括切割法、盲孔法、环芯法等。

目前这些成熟的方法，由于测量位置的限制，不能测量圆管内壁位置的残余应力分布情况。而且为了保证测量点附近不产生温升，进而引起残余应力的变化，试样的切割采用高精度的慢速电火花切割方法，并采用冷却液进行冷却，避免温升。需要避免冷却液对应变片造成的不必要破坏。在传统应变测量中，为了记录试样上应变值的变化，应变片要通过测量导线与应变仪保持连接，以实时记录应变变化值。在实际测量过程中，测量点数往往高达5个以上，甚至到达10个。应变片与应变仪的测量连接导线数量众多，且连接点较为脆弱(连接点往往采用锡焊连接)。因此，由于圆管内壁测试焊接残余应力的局限性，只能开发测量焊接残余应力的新方法。

发明内容：

针对现有的残余应力测量方法的局限性，本发明提供了一种测量圆管内壁焊接残余应力的新方法。基于切割法基本原理，在圆管内壁粘贴应变片，测量切割引起的弹性应变释放量，进而通过弹性力学公式计算圆管内壁残余应力值。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种圆管内壁焊接残余应力的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)圆管焊接后在圆管内壁粘贴两组两向电阻应变片，每组中两向电阻应变片的应变栅分别沿轴向和周向，且该两组两向电阻应变片在圆管内壁对称布置；

(2)利用工业内窥镜，进行圆管内壁应变片定位；

(3)在应变片表面涂硅橡胶用于线切割时保护应变栅丝；

(4)待硅橡胶凝固后，应变片的引线连接接线端子；

(5)利用弹性力学公式计算出焊接残余应力。

进一步，应变片的引线连接接线端子便用于多次测量应变片的示数，求平均值，以此减小试验误差。

进一步，两向电阻应变片中任意一个电阻应变片的尺寸为7×7-9×9mm。

进一步，在圆管内壁中设有多组两向电阻应变片用于测量不同的位置的焊接残余应力，相邻组的轴向间距两向电阻应变片不超过10mm。

本发明的有益效果：

1.解决了内壁粘贴应变片测试残余应力的问题，以往经验中没有这样测试(而且采用别的方法测试不可行)

2.在应变片上焊接接线端子，解决了以往应变片引线在切割过程中必须连着电阻应变仪的问题(如果连着应变片引线，在切割过程中很容易破坏应变片，造成测点数据丢失)

3.在应变上涂硅橡胶，可避免在切割过程中冷却液直接冲刷应变片，造成应变示数不准。

本发明测量结果精确可靠，重复性好。适用于圆管内壁焊接残余应力的测定。

可以有效地解决圆管内壁应变片进行切割时表面保护问题、粘贴应变片定位问题，从而解决圆管内部焊接残余应力的测试问题。本发明的其他优点、目标可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明：

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述，其中：

图1为本发明所保护的圆管内壁测试件

图2为本发明的焊接结构示意图

图3为本发明结构切割后的实际图

图4为本发明计算的传热管内壁轴向焊接残余应力图

图5为本发明计算的传热管内壁周向焊接残余应力图

具体实施方式

以下将通过一个具体的实施例，对本发明进行详细描述。但该实施例仅为说明本发明，而不是限制本发明的保护范围。

本发明的步骤如下：

(1)沿着核电蒸汽发生器传热管与管板的焊接接头内壁轴向布置测量点，并用丙酮清洗表面。限于应变片尺寸影响，在一个圆管内壁粘贴两组基底尺寸为7×7mm两向电阻应变片，两组应变片处于轴对称位置。应变栅方向分别平行环焊缝和沿圆管轴向，测量其周向和轴向弹性应变。

(2)每两个应变片间距通过工业内窥镜进行定位，测得应变片间距不超过10mm。之后在电阻应变片表面涂硅橡胶进行保护，以免线切割时冷却液冲刷，破坏应变片的测量栅丝。

(3)待硅橡胶凝固后，在电阻应变片引线上焊接接线端子。切割前，采用静态电阻应变仪测量每个测点的初始应变片示数，测量多次并求其平均值。

(4)将焊件固定在线切割机床，进行慢速切割，切割后如图3所示。切割后每个测点应变片连同底下材料尺寸约10mm×10mm×10mm，利用静态电阻应变仪测量应力释放后的应变片读数，多次测量后并求其平均值。

(5)根据弹性力学计算公式，求其表面残余应力。

本实施例的计算结果见图4和图5。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案做出若干改进，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种圆管内壁焊接残余应力的测量方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)圆管焊接后在圆管内壁粘贴两组两向电阻应变片，每组中两向电阻应变片的应变栅分别沿轴向和周向，且该两组两向电阻应变片在圆管内壁对称布置；

(2)利用工业内窥镜，进行圆管内壁应变片定位；

(3)在应变片表面涂硅橡胶用于线切割时保护应变栅丝；

(4)待硅橡胶凝固后，应变片的引线连接接线端子；

(5)利用弹性力学公式计算出焊接残余应力。

2.根据权利要求1所述的一种圆管内壁焊接残余应力的测量方法，其特征在于，应变片的引线连接接线端子用于多次测量应变片的示数，求平均值，以此减小试验误差。

3.根据权利要求1所述的一种圆管内壁焊接残余应力的测量方法，其特征在于，两向电阻应变片中任意一个电阻应变片的尺寸为7×7-9×9mm。

4.根据权利要求1所述的一种圆管内壁焊接残余应力的测量方法，其特征在于，在圆管内壁中设有多组两向电阻应变片用于测量不同的位置的焊接残余应力，相邻组的轴向间距两向电阻应变片不超过10mm。