[發(fā)明專利]一種具有窄焊縫特征的鋼制薄焊板殘余應(yīng)力測試方法

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• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113203509A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 靳星;吳俊平;倪衛(wèi)瑩;王道遠;侯清宇;楊玲;黃道龍
• 申請（專利權(quán)）人: 南京鋼鐵股份有限公司;安徽工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G01L5/00
• 分類號: G01L5/00;G01L1/25
• 代理公司: 南京利豐知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 32256
• 代理人: 艾中蘭

本發(fā)明公開了一種具有窄焊縫特征的鋼制薄焊板殘余應(yīng)力測試方法，其特征在于包括如下步驟：采用矯頑力法對鋼板焊后殘余應(yīng)力的分布特征進行測量；采用X?射線衍射法對窄焊縫磨拋深度處的殘余應(yīng)力的大小和方向進行測量；通過電解拋光逐層剝層技術(shù)獲得實際磨拋深度層的殘余應(yīng)力大小和方向。本發(fā)明方法檢測流程簡單，檢測效率高，檢測后可以獲得焊后及磨拋后殘余應(yīng)力分布、大小和方向，實現(xiàn)對殘余應(yīng)力的現(xiàn)場快速準確檢測。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種焊接材料殘余應(yīng)力測試方法，具體涉及一種具有窄焊縫特征的鋼制薄焊板殘余應(yīng)力測試方法。

背景技術(shù)

鋼質(zhì)薄板在焊接加工使用過程中容易產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力不均勻?qū)е掳逍螑夯蜃儾畹默F(xiàn)象，豪華郵輪的壁板和甲板等多以4~6 mm的高強度鋼制薄板結(jié)構(gòu)為主，豪華郵輪的美觀性和舒適性要求所用高強度鋼制薄板應(yīng)具有極高的成型精度和質(zhì)量。豪華郵輪壁板和甲板等薄板的裝焊量大且對薄板結(jié)構(gòu)裝焊變形和分段建造精度要求極高，較大的焊接變形嚴重影響船體的美觀和航行舒適性并降低船體外板抵抗水壓作用的能力，甚至誘發(fā)焊件結(jié)構(gòu)的應(yīng)力腐蝕和疲勞破壞等失效。焊接不可避免會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，該應(yīng)力是導(dǎo)致焊接變形的重要因素。

為了盡可能降低豪華郵輪壁板和甲板等薄板焊接結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力，激光焊接因其具有的比傳統(tǒng)焊接方式更高的焊接速度、焊接效率和焊接質(zhì)量，被廣泛應(yīng)用于豪華游輪薄板結(jié)構(gòu)的建造。激光焊施焊過程中的高熱量集中和小的區(qū)域使其具有窄焊縫特征，且其焊接殘余應(yīng)力和焊后變形量均遠低于傳統(tǒng)焊接方法。盡管如此，激光焊接仍不可避免會在焊件中產(chǎn)生殘余應(yīng)力，該應(yīng)力不僅會造成焊接變形，而且其在后續(xù)磨拋加工過程中的釋放和重新分布會使焊接結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形甚至失效，不但影響豪華郵輪的建造精度、美觀性和航行舒適性，降低其抵抗水壓作用的能力，而且使豪華郵輪存在安全性風(fēng)險。

對于具有窄焊縫特征的郵輪用鋼制薄焊板而言，不但要掌握其焊后的殘余應(yīng)力的分布特征從而對焊接質(zhì)量和焊接工藝作出評價，而且還要掌握其焊后殘余應(yīng)力的大小和方向從而對焊材的應(yīng)力腐蝕、疲勞強度及使用壽命等特性作出評價。此外，還需要對焊材經(jīng)磨拋處理后因殘余應(yīng)力釋放和重新分配所能導(dǎo)致的焊板變形程度和失效幾率等作出準確評估。因此，對具有窄焊縫特征的郵輪用鋼制薄焊板殘余應(yīng)力的準確測量就顯得尤為重要了。

目前，以盲孔法或剝層法為代表的機械有損檢測法及以磁測法、X-射線衍射法和超聲波法等為代表的無損檢測法是測量焊接殘余應(yīng)力的常規(guī)方法。在眾多磁測法當中，矯頑力法因其可較好地反映磁性材料內(nèi)部的應(yīng)力集中情況，已經(jīng)成為評價磁性金屬焊縫殘余應(yīng)力水平和焊接過程質(zhì)量控制的有效手段。

對于激光焊郵輪用鋼制薄板窄焊縫而言，其寬度和高度一般在10mm和1mm以內(nèi)，采用矯頑力法可對其焊后殘余應(yīng)力的分布特征進行測量并可實現(xiàn)對測試對象的現(xiàn)場快速測量。但因矯頑力法是通過矯頑力數(shù)值來間接反映殘余應(yīng)力的大小，被測材料殘余應(yīng)力的大小和方向特別是方向則需要借助于其它殘余應(yīng)力測試方法獲得的殘余應(yīng)力通過擬合方法獲得，因而無法單獨采用矯頑力法對激光焊焊后的殘余應(yīng)力方向進行測定且無法實現(xiàn)對具有一定高度窄焊縫殘余應(yīng)力的準確定位測量。與矯頑力法相比，作為一種研究最廣、深入、成熟的無損應(yīng)力測試方法，X-射線衍射法已被成功應(yīng)用于測定材料表面層幾微米到幾十微米深度內(nèi)的殘余應(yīng)力大小與方向，借助于諸如電解拋光等逐步剝層技術(shù)還可實現(xiàn)對材料厚度方向的殘余應(yīng)力大小及分布進行測量且可實現(xiàn)對具有一定高度窄焊縫殘余應(yīng)力的準確定位測量，便攜式X-射線應(yīng)力測試儀也可實現(xiàn)對被測對象的現(xiàn)場測量。

盡管對于磨拋深度處的殘余應(yīng)力而言，可以采用盲孔法來進行測量，但對于表面不平的窄焊縫而言，受限于應(yīng)變片對測試表面平整度和尺寸的要求，難以用盲孔法準確測定焊縫一定深度的殘余應(yīng)力。而采用射線法并輔以電解拋光逐層腐蝕，可實現(xiàn)對表面不平窄焊縫一定深度殘余應(yīng)力的準確測量，通過調(diào)整電化學(xué)腐蝕電流控制腐蝕深度，可實現(xiàn)對一定磨拋深度處殘余應(yīng)力的準確測量。

發(fā)明內(nèi)容