專利名稱：一種焊接殘余應力測量方法
技術領域：
本發(fā)明的基于材料屬性離散的焊接殘余應力測量方法，屬于測量材料加工測試領域。
背景技術：
焊接結構相對于其他連接形式，例如鉚接、螺栓連接等最大優(yōu)勢是能夠在滿足相同強度要求的情況下，最大限度的降低結構重量，因此在航空航天及民用領域得到廣泛的應用。焊接時，由于材料受熱不均勻使得焊接結構產生較大的殘余應力，造成焊接結構承載時接頭區(qū)域的應力應變重新分配，影響零件的尺寸及形位精度，降低構件的疲勞強度、抗應力腐蝕及抗蠕變開裂性能，最終影響設備的性能與使用壽命。小孔法是現今工程中較為常用的殘余應力測量方法。然而采用小孔法測量殘余應力時，由于孔邊應力集中使得孔周圍產生一定的塑性應變。ASTM標準E837-81和E837-85中規(guī)定，小孔法測量殘余應力范圍不應大于材料屈服強度的一半。而焊接殘余應力通常為高水平的應力，這就使得小孔法測量焊接殘余應力時存在較大的誤差。焊接過程中，由于接頭局部受熱不均勻，導致接頭處材料和母材的力學性能，主要是塑性延伸存在較大的差異。國家標準GB/T 24179-2009中采用借用與焊縫塑性延伸強度相近的材料的標定關系進行殘余應力計算。但其存在兩個問題首先，尋找與焊縫區(qū)塑性延伸強度相近的材料的標定關系在實際操作中較為困難；其次，國標中僅考慮焊縫區(qū)和母材力學性能的差異，但卻沒考慮接頭處其他區(qū)域，例如熔合區(qū)、熱影響區(qū)和母材力學性能差異對焊接殘余應力測量的影響。因此其依然無法解決焊接殘余應力精確測量的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種新型的焊接殘余應力測量方法，以解決焊接殘余應力精確測量的技術問題。本發(fā)明采用如下技術方案
I、一種焊接殘余應力測量方法，包括金相試驗、局部力學性能試驗和殘余應力測試試驗，步驟如下
I)、將整塊式樣切割成不同尺寸的金相試驗件,焊接拉伸試驗件,焊接殘余應力測試試驗件；
2)、對金相試驗件進行研磨、拋光、侵蝕處理，
3)、進行金相試驗，使用金相顯微鏡觀察浸蝕后的金相試驗件，并測量金相試驗件不同組織區(qū)域的尺寸大??；
4)、根據上述金相試驗結果，在焊接拉伸試驗件上不同組織區(qū)域內粘貼電阻應變片；
5)、使用拉伸試驗機，對粘貼好電阻應變片的焊接拉伸試驗件進行拉伸試驗，得到接頭不同區(qū)域屬性的局部力學性能；、6)、在焊接殘余應力測試試驗件的測量點處粘貼電阻應變片，使用臺鉆(7)在測量點處鉆孔，得到測量點處釋放應變；
7)、基于彈塑性力學，采用非線性有限元到不同區(qū)域屬性情況下測量點處形狀改變比能與應變釋放系數的關系；
8)、根據步驟6得到的測量點出釋放應變計算形狀改變比能，結合步驟7得到的形狀改變比能與應變釋放系數的關系，得到不同屬性情況下測量點處應變釋放系數；
9)、根據如下公式計算不同區(qū)域屬性情況下測量點焊接殘余應力
權利要求
1. 一種焊接殘余應力測量方法，包括金相試驗、局部力學性能試驗和殘余應力測試試驗，其特征在于步驟如下 I)、將整塊式樣切割成不同尺寸的金相試驗件(1)，焊接拉伸試驗件(5)，焊接殘余應力測試試驗件(6)； .2 )、對金相試驗件(I)進行研磨、拋光、侵蝕處理， .3)、進行金相試驗，使用金相顯微鏡(2)觀察浸蝕后的金相試驗件(1)，并測量金相試驗件(I)不同組織區(qū)域的尺寸大??； .4)、根據上述金相試驗結果，在焊接拉伸試驗件(5)上不同組織區(qū)域內粘貼電阻應變片 (4)； .5)、使用拉伸試驗機(3)，對粘貼好電阻應變片(4)的焊接拉伸試驗件(5)進行拉伸試驗，得到接頭不同區(qū)域屬性的局部力學性能； .6)、在焊接殘余應力測試試驗件(6)的測量點處粘貼電阻應變片(4)，使用臺鉆(7)在測量點處鉆孔，得到測量點處釋放應變； .7)、基于彈塑性力學，采用非線性有限元得到不同區(qū)域屬性情況下測量點處形狀改變比能與應變釋放系數的關系； . 8)、根據步驟6得到的測量點出釋放應變計算形狀改變比能，結合步驟7得到的形狀改變比能與應變釋放系數的關系，得到不同屬性情況下測量點處應變釋放系數； .9)、根據如下公式計算不同區(qū)域屬性情況下測量點焊接殘余應力 .10)、根據測量點處不同組織區(qū)域所占比例，利用如下公式計算 最終的焊接殘余應力。
全文摘要
本發(fā)明的基于材料屬性離散的焊接殘余應力測量方法，屬于測量材料加工測試領域。包括金相試驗、局部力學性能試驗和殘余應力測試試驗，本發(fā)明的基于材料屬性離散的焊接殘余應力測量方法基于彈塑性力學，通過彈塑性有限元分析，采用形狀改變比能修正了由于孔邊應力集中在孔周圍產生塑性變形的影響，取代了現有的或曾有的采用線彈性有限元分析方法或通過應變釋放系數分級計算法估算焊接殘余應力，使得計算得到的焊接殘余應力跟接近于真實值。本發(fā)明通過電測法測量不同組織區(qū)域的局部力學性能，取代了現有的或曾有的通過試樣標距段獲得接頭宏觀力學性能或借用與焊縫相近材料的標定關系，減小了焊接殘余應力的計算誤差。
文檔編號G01L1/00GK102778385SQ201210238230
公開日2012年11月14日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權日2012年7月11日
發(fā)明者張俊苗, 林鴻志, 王月, 薛彩軍 申請人:南京航空航天大學