焊接殘余應力的測定 學生用 2009.doc

實驗二 焊接殘余應力的測定第一部分 盲孔法測定焊接殘余應力1. 實驗目的（1）掌握盲孔法測定焊接接頭中的焊接殘余應力的方法；（2）加深對平板對接接頭中焊接殘余應力分布規(guī)律性的認識。2. 實驗裝置及材料 （1）盲孔法應力測定鉆孔裝 （ZDLII） 1套； （2）數字式電阻應變儀（WS-3811） 1臺； （4）數字萬用表 1個； （5）焊板 16Mn 500mm260mm8mm 2塊； （6）應變花 紙基 TJ1201.5f 1.5 9片； （7）鉆頭 f 1.5mm 1根； （8）100#砂布、丙酮、502膠水、直尺、劃針、導線、錫焊工具等。3. 實驗原理 工件經焊接加工后，其內部存在著殘余應力場。在應力場內任意處鉆一個一定直徑和深度的盲孔后，隨該處金屬的去除，其中的殘余應力即被釋放，應力場原有的平衡亦受到破壞，這時盲孔周圍的應力將重新分布，應力場達到新的平衡。盲孔周圍的應變，其大小與被釋放的應力是相對應的。測出這種應變，根據彈性力學理論便可推算出盲孔處的內應力。 如果鉆孔前應變片粘貼在孔的周圍如圖6-4所示，鉆孔后應變片即可感受到釋放應變。測出鉆孔前、后各應變片的應變值，便可按下式算出主應力s1、s2及縱向應力sX的大小及主應力的方向g。圖6-4 盲孔法測內應力布片示意圖（公式） 式中A、B為應變釋放系數，需進行標定實驗來確定其數值。用盲孔法測焊接殘余應力時，A、B的值與孔徑、孔深、孔與孔的相對位置、應變片尺寸以及被焊材料種類等有關。經標定，本實驗的A、B值為：（A、B值）4. 實驗內容及步驟 （1）實驗準備 用砂布打磨試板上待測部位表面，然后用丙酮除去試板表面油污。 對待用的應變片進行外觀檢查；用數字萬用表測量其阻值，要求每片應變花上的三個應變片的阻值差 0.1W。 按圖6-5用劃針劃線，定出鉆孔和貼片的位置。1234567893030303030303030圖6-5 鉆孔位置圖 將應變片待貼面用除油污，再滴上少許502膠水，涂勻，稍晾片刻后將應變片貼于試件待測點位置。 用數字萬用表檢查應變片的粘貼質量，要求應變花的引線與試板間的絕緣電阻 200MW。 （2）應變測量 將試件上各應變花分組接入電阻應變儀回路。 調節(jié)電阻應變儀，將各應變花的初始應變讀數eA、eB、eC 均調至0值。 將鉆孔裝置通過放大鏡與測點粗對中；再用502膠水將其底座固定在試件上；而后精確對中測試點；再將放大鏡換為鉆具進行鉆孔，鉆孔深度h應大于2mm，鉆速 400轉/min。 停鉆后每隔3 min 記錄一次eA、eB、eC值，直到相鄰兩次讀數相差1me或相同時，以最末兩次讀數的平均值作為實驗數據，進行記錄。 更換測試點，重復實驗步驟34 。5. 實驗數據整理及結果分析 （1）實驗數據整理 將實驗測量出的各測點的應變量填入表6-4中。 按式6.4、式6.5、式6.6、式6.7計算各測點的焊接殘余應力s1、s2及其方向g值、縱向殘余應力sX值，填入表6-4中。 表6-4 應變量及殘余應力數據點測數據123456789eA (me)eB (me)eC (me)s1 (MPa)s2 (MPa)sX(MPa)g 根據計算出的焊接縱向殘余應力sX值，在直角坐標系中繪出焊接接頭的縱向殘余應力沿板寬分布的曲線。 （2）實驗結果分析 對實驗所得的焊接接頭縱向殘余應力sX 沿板寬分布的曲線進行分析與討論。6. 思考題 實驗所得的焊接縱向殘余應力曲線是否符合規(guī)律？如不符合，試分析原因。第二部分 焊接殘余應力的磁應變法測定1.實驗目的（1）了解CCYL98型磁應變儀基本結構和工作原理；（2）掌握CCYL98型磁應變儀的使用方法；（3）加深對焊接殘余應力分布規(guī)律性的理解。2.實驗裝置及材料（1）磁應變儀 （CCYL98型） 1套；（2）計算機 1臺；（3）焊接接頭試板 1塊；（4）丙酮、藥棉、 若干。3實驗原理磁應變法是一種利用鐵磁材料的磁致伸縮效應原理無損地檢測鐵磁材料應力的方法，通過測定鐵磁材料磁導率的變化來反映其應力的變化。CCYL98型磁應變儀的基本原理是通過傳感器（探頭）和一定的電路將鐵磁材料磁導率的變化轉變?yōu)殡娏髁康淖兓碗娏髦档暮瘮店P系，通過測量電流來確定應力。磁導率的變化與應力之間存在線性關系： (6.8)式中0初始磁致伸縮系數；0、材料沒有應力與有應力時的磁導率；0-磁導率的變化；材料的應力；/磁應變。若0、 0為常數，則磁應變與應力成正比，這也是虎克定律的一種形式。式(6.8) 體現在CCYL-98 型應力儀中即為應力差與電流差成正比，其表達公式為： (6.9)式中為靈敏度系數，單位為mA/MPa,視不同型號探頭和被測材料，由標定試驗確定，一般結構鋼可采用儀器給出的推薦值。1最大主應力，單位為MPa2最小主應力，單位為MPaI1最大主應力方向電流輸出值，單位為mAI2最小主應力方向電流輸出值，單位為mA主應力方向未知時，可通過公式（6.10）確定主應力方向角及主應力差： (6.10) (6.11)式中最大主應力方向與X軸的夾角0，45，90三個測量方向的測量電流值（mA）。已知各點的主應力差和主方向角，任一點P的應力分量可用切應力差法求得。 (6.12) (6.13) (6.14)式中為邊界點的已知應力值，對自由邊界。4.實驗內容及步驟（1）清理待測焊接接頭試樣的表面；（2）根據需要確定測量點數，并用畫線筆畫出測點位置； （3）將計算機與磁測應力儀主機連線；（4）應力測量啟動計算機，進入DOS系統(tǒng)，打開MSIBJB1測量程序。進入采集界面后，按屏幕下提示進行操作。移動光標，進入“建立坐標”窗口欄，建立測點坐標，；進入“測試”窗口欄，輸入電導率，和輸入相對導磁率； 移動光標至“采樣電流數據”欄，按Enter鍵，出現采樣測點坐標圖；輸入激勵電流設定值（括號內的值）。激勵電流設定值應取標定值，一般鋼材亦可取140-160A；儀器輸出電流調零：將測量探頭、補償探頭同時空置，打開磁測應力儀主機電源開關，待激勵電流括號內的值（設定值）與括號外的值（實際值）一致時，按調節(jié)儀器主機面板上“激勵”/“測量”鍵，旋轉“調零”旋鈕，使輸出電流值為零（；測點電流采集：按調節(jié)儀器主機面板上“激勵”/“測量”鍵，使其處于“測量”狀態(tài)，將界面上光標移至測點1；將測量探頭置于焊板上測點1位置，將補償探頭置于一塊與焊板同材質的無應力鋼板上。將測量探頭定位標記置于測點1的 0o方向，待屏幕下輸出電流值穩(wěn)定不變時，按數字“1”，保存測點0o方向電流數據；同樣分別在測點1的45 o、90 o方向進行測量，分別按下數字“2”、“3”，保存45 o、90 o測點電流數據。其他測點的