[發明專利]一種焊接轉子殘余應力的測量方法

有效

• 申請號: 201210458024.2
• 申請日: 2012-11-14
• 公開（公告）號: CN103353360A
• 公開（公告）日: 2013-10-16
• 發明（設計）人: 張建勛;莊棟;薛翠翠;譚龍;牛靖;張林杰
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 徐文權

技術領域

本發明涉及一種焊接殘余應力測量方法，特別涉及一種焊接轉子殘余應力的測量方法。

背景技術

殘余應力是指工件在不承受外力的情況下，存在于工件內部并且保持自平衡的應力。焊接轉子在生產過程中，由于焊接過程中的不均勻的加熱和冷卻過程會導致焊接接頭發生不均勻的塑性變形，最終會在焊接接頭區域形成一個殘余應力場。殘余應力會導致一系列的問題，例如轉子承載能力降低、結構穩定性下降、應力腐蝕及使用壽命下降等。因此全面的了解焊接轉子殘余應力大小和分布對于提高電站運行的安全性和可靠性有重要意義。

殘余應力的測試方法通常分為兩大類：物理法和機械法。物理法又稱無損測量法，是根據材料的某些物理性能受應力的影響發生變化的原理，通過測量材料的某些物理參數的變化計算殘余應力的方法。物理法包括X射線衍射法、中子衍射法、超聲波法、磁性法等。機械測量方法屬破壞性測量，也稱應力釋放法，在釋放應力的同時，用電阻應變片、機械應變儀、柵線、光彈、表面脆裂涂層等方法測得其相應的彈性應變量，再反推出原有殘余應力的大小。機械法包括小孔法、輪廓法、逐層鉆孔法、環芯法、逐層剝削法、裂紋柔度法等。相比物理法，機械法的費用低廉，設備相對簡單，實用性強，因此得到了更為廣泛的應用。

目前國內測量焊接轉子通常采用環芯法，也有采用環切法、X射線衍射法和小孔法等。然而這幾種方法只能測量轉子表面的殘余應力，不能夠測量其內部的殘余應力。而且上述提到的大部分殘余應力的測量方法都只能夠測量厚壁工件的表面殘余應力，能夠測量厚壁工件內部殘余應力的方法目前只有少數幾種，這些方法主要有中子衍射法、深孔法、裂紋柔度法、逐層剝削法、輪廓法、階梯孔法、局部去除盲孔法等。在這些方法中，中子衍射法測量所需的設備非常昂貴，而且不能測量尺寸較大的試樣。裂紋柔度法和逐層剝削法只能測量均勻平面應力狀態的殘余應力，不適合測量存在較大梯度的焊接殘余應力。而階梯孔法和深孔法在測量過程中，需要將測量點周圍的材料去除掉，因此只能測量單點殘余應力沿厚底方向的變化，不適合測量一個平面區域內殘余應力的梯度變化。而輪廓法只能夠測量垂直于測量面的應力二維應力分布，也就是只能測量焊接轉子的環向殘余應力，不能測量其軸向殘余應力。局部去除盲孔法能夠測量轉子內部的殘余應力分布，但是其測量過程中需要不斷檢測工件的變形情況，以控制因應力釋放導致的誤差，測量所需設備比較復雜，測量比較繁瑣。此外，這些能夠測量厚壁工件內部殘余應力的方法中，除輪廓法之外，其余方法的測量結果均為殘余應力在一條直線上的分布曲線，不能得到整個轉子截面上的殘余應力二維分布云圖。而殘余應力的二維云圖能夠清楚明了的表明殘余應力的分布情況，讓科研研究人員和工程技術人員更方便的了解殘余應力的分布趨勢，尋找高值應力區域，了解工件的薄弱環節。因此殘余應力的二維云圖分布是一種比一維曲線分布更加先進的表示方法。

針對上述這些情況，根據殘余應力測量的現狀，需要一種能夠同時測量焊接轉子軸向和環向殘余應力在截面上的二維分布的殘余應力測量方法。

發明內容

本發明提供一種適合測量焊接轉子殘余應力的測量方法。該方法能夠測量焊接轉子的表面和內部殘余應力，并能夠得到焊接轉子在整個截面上雙向殘余應力的二維分布云圖。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種焊接轉子殘余應力的測量方法，包括如下步驟：（1）取樣：取樣的總長度大于焊縫寬度的20倍以上；（2）殘余應力測量：2.1）利用盲孔法測量試樣內外表面的殘余應力大小和分布；2.2）對稱地在試樣正反面的中心區域各加工一個深度為h的矩形槽，測量該矩形槽底面的殘余應力分布；2.3）重復步驟2.2）直至總的測量深度至少大于試樣壁厚的0.5倍，得到每一層的殘余應力分布曲線；（3）數據處理：3.1）將步驟2）得到的試樣內部殘余應力測量結果進行對稱分布處理；3.2）利用一維插值，對試樣中沒有測量到的區域進行插值，得到試樣中心的殘余應力分布；3.3）對步驟3.2）得到的數據進行二維插值，得到整個試樣殘余應力的分布；3.4）將步驟3.3）得到的數據用等值線繪制試樣殘余應力分布云圖。

作為本發明的優選實施例，所述步驟（1）中，取樣的內徑不小于1.3米；

作為本發明的優選實施例，經所述步驟3.1）對稱分布處理后，距焊縫中心相同距離處的殘余應力值相同。

與現有技術相比，本發明測量方法至少具有以下優點：本發明將焊接轉子測得的殘余應力數據進行插值和圖形處理后得到了殘余應力在焊接轉子截面上的整體分布，更好地反映了焊接轉子殘余應力的分布，降低了測量結果讀取的難度。

附圖說明