焊接残余应力的测定 学生用 2009 下载本文

实验二 焊接残余应力的测定

第一部分 盲孔法测定焊接残余应力

1. 实验目的

(1)掌握盲孔法测定焊接接头中的焊接残余应力的方法; (2)加深对平板对接接头中焊接残余应力分布规律性的认识。 2. 实验装置及材料

(1)盲孔法应力测定钻孔装 (ZDL—II) 1套; (2)数字式电阻应变仪(WS-3811) 1台; (4)数字万用表 1个; (5)焊板 16Mn 500mm×260mm×8mm 2块; (6)应变花 纸基 TJ120—1.5—? 1.5 9片; (7)钻头 ? 1.5mm 1根; (8)100#砂布、丙酮、502胶水、直尺、划针、导线、锡焊工具等。 3. 实验原理

工件经焊接加工后,其内部存在着残余应力场。在应力场内任意处钻一个一定直径和深度的盲孔后,随该处金属的去除,其中的残余应力即被释放,应力场原有的平衡亦受到破坏,这时盲孔周围的应力将重新分布,应力场达到新的平衡。盲孔周围的应变,其大小与被释放的应力是相对应的。测出这种应变,根据弹性力学理论便可推算出盲孔处的内应力。

如果钻孔前应变片粘贴在孔的周围如图6-4所示,钻孔后应变片即可感受到释放应变。测出钻孔前、后各应变片的应变值,便可按下式算出主应力?1、?2及纵向应力?X的大小及主应力的方向?。

图6-4 盲孔法测内应力布片示意图

(公式)

式中A、B为应变释放系数,需进行标定实验来确定其数值。用盲孔法测焊接残余应力时,A、B的值与孔径、孔深、孔与孔的相对位置、应变片尺寸以及被焊材料种类等有关。

经标定,本实验的A、B值为: (A、B值) 4. 实验内容及步骤

(1)实验准备

①用砂布打磨试板上待测部位表面,然后用丙酮除去试板表面油污。

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② 对待用的应变片进行外观检查;用数字万用表测量其阻值,要求每片应变花上的三个应变片的阻值差? ? 0.1?。

③按图6-5用划针划线,定出钻孔和贴片的位置。

30 30 30 30 30 30 30 30 1 2 3 4 5 6 7 8 9 图6-5 钻孔位置图

④将应变片待贴面用除油污,再滴上少许502胶水,涂匀,稍晾片刻后将应变片贴于试

件待测点位置。

⑤用数字万用表检查应变片的粘贴质量,要求应变花的引线与试板间的绝缘电阻? 200??。

(2)应变测量

① 将试件上各应变花分组接入电阻应变仪回路。

② 调节电阻应变仪,将各应变花的初始应变读数?A、?B、?C 均调至0值。

③ 将钻孔装置通过放大镜与测点粗对中;再用502胶水将其底座固定在试件上;而后精确对中测试点;再将放大镜换为钻具进行钻孔,钻孔深度h应大于2mm,钻速? 400转/min。 ④ 停钻后每隔3 min 记录一次?A、?B、?C值,直到相邻两次读数相差1??或相同时,以最末两次读数的平均值作为实验数据,进行记录。

⑤ 更换测试点,重复实验步骤3~4 。 5. 实验数据整理及结果分析

(1)实验数据整理

① 将实验测量出的各测点的应变量填入表6-4中。

② 按式6.4、式6.5、式6.6、式6.7计算各测点的焊接残余应力?1、?2及其方向?值、纵向残余应力?X值,填入表6-4中。

表6-4 应变量及残余应力数据 1 2 3 4 5 6 7 8 9 测 点 数 据 ?A (??) ?B (??) ?C (??) ?1 (MPa) 2

?2 (MPa) ?X(MPa) ? ③ 根据计算出的焊接纵向残余应力?X值,在直角坐标系中绘出焊接接头的纵向残余应力沿板宽分布的曲线。 (2)实验结果分析

对实验所得的焊接接头纵向残余应力?X 沿板宽分布的曲线进行分析与讨论。 6. 思考题

实验所得的焊接纵向残余应力曲线是否符合规律?如不符合,试分析原因。

第二部分 焊接残余应力的磁应变法测定

1.实验目的

(1)了解CCYL-98型磁应变仪基本结构和工作原理; (2)掌握CCYL-98型磁应变仪的使用方法; (3)加深对焊接残余应力分布规律性的理解。 2.实验装置及材料

(1)磁应变仪 (CCYL-98型) 1套; (2)计算机 1台; (3)焊接接头试板 1块; (4)丙酮、药棉、 若干。 3实验原理

磁应变法是一种利用铁磁材料的磁致伸缩效应原理无损地检测铁磁材料应力的方法,通过测定铁磁材料磁导率的变化来反映其应力的变化。

CCYL-98型磁应变仪的基本原理是通过传感器(探头)和一定的电路将铁磁材料磁导率的变化转变为电流量的变化,建立应力和电流值的函数关系,通过测量电流来确定应力。

磁导率的变化与应力之间存在线性关系:

式中λ0-初始磁致伸缩系数;

μ0、μσ-材料没有应力与有应力时的磁导率; Δμ=μ0-μσ—磁导率的变化; σ-材料的应力;

Δμ/μ—磁应变。

若λ0、 μ0为常数,则磁应变与应力σ成正比,这也是虎克定律的一种形式。式(6.8)

体现在CCYL-98 型应力仪中即为应力差与电流差成正比,其表达公式为:

(6.9)

式中α-为灵敏度系数,单位为mA/MPa,视不同型号探头和被测材料,由标定试验确定,一般结构钢可采用仪器给出的推荐值。 σ1-最大主应力,单位为MPa σ2-最小主应力,单位为MPa

I1-最大主应力方向电流输出值,单位为mA

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(6.8)

I2-最小主应力方向电流输出值,单位为mA

主应力方向未知时,可通过公式(6.10)确定主应力方向角及主应力差:

??f1(I0,I45,I90) (6.10)

(?1??2)?f1(I0,I90,?) (6.11)

式中θ-最大主应力方向与X轴的夹角

I0,I45,I90-0o,45o,90o三个测量方向的测量电流值(mA)。

已知各点的主应力差和主方向角,任一点P的应力分量可用切应力差法求得。

(?x)p??x0??p??xy?y0dx (6.12)

(?y)p?(?x)p?(?1??2)pcos(2?p) (6.13)

(?xy)p?(?1??2)p2sin(2?p) (6.14)

式中?x0为边界点的已知应力值,对自由边界?x0?0。

4.实验内容及步骤

(1)清理待测焊接接头试样的表面;

(2)根据需要确定测量点数,并用画线笔画出测点位置; (3)将计算机与磁测应力仪主机连线; (4)应力测量

①启动计算机,进入DOS系统,打开MSIBJB1测量程序。 ②进入采集界面后,按屏幕下提示进行操作。

③移动光标,进入“建立坐标”窗口栏,建立测点坐标,; ④进入“测试”窗口栏,输入电导率,和输入相对导磁率;

⑤ 移动光标至“采样电流数据”栏,按Enter键,出现采样测点坐标图;输入激励电流设定值(括号内的值)。激励电流设定值应取标定值,一般钢材亦可取140-160A;

⑥仪器输出电流调零:将测量探头、补偿探头同时空置,打开磁测应力仪主机电源开关,待激励电流括号内的值(设定值)与括号外的值(实际值)一致时,按调节仪器主机面板上“激励”/“测量”键,旋转“调零”旋钮,使输出电流值为零(;

⑦测点电流采集:按调节仪器主机面板上“激励”/“测量”键,使其处于“测量”状态,将界面上光标移至测点1;将测量探头置于焊板上测点1位置,将补偿探头置于一块与焊板同材质的无应力钢板上。

⑧将测量探头定位标记置于测点1的 0o方向,待屏幕下输出电流值稳定不变时,按数字“1”,保存测点0o方向电流数据;同样分别在测点1的45 o、90 o方向进行测量,分别按下数字“2”、“3”,保存45 o、90 o测点电流数据。其他测点的测量方法相同。 (5)计算平均应力及分布应力 ①进入数据处理窗口;

②赋初始应力,即焊板边缘自由边界应力σx、τx设为0; ③计算平均应力,

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④计算分布应力;

⑤显示X、Y、Z方向应力的分布曲线; (6)存取数据

进入存取界面,保存数据; (7)打印结果

进入微打界面,打印结果。 6.实验数据整理及结果分析 实验误差分析。

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