轧辊表面残余应力测试方法的对比试验研究

轧辊体积大且辊面状态又不好,尤其是热轧辊的表面常有氧化膜和微裂纹,在测量时又不能损伤轧辊表面,因此,轧辊残余应力的测量较困难.为验证临界折射纵波法测轧辊表面残余应力的准确性,用超声波法、X射线法和盲孔法对同一试件进行了应力测量.对这3种测量方法所测得的结果进行比较后,评价超声波法的可靠性和有效性.试验结果显示:临界折射纵波法测试的应力值与X射线衍射法和盲孔法测试的结果具有较好的一致性.     

双丝焊铝合金平板残余应力梯度超声波法建立

在假设无限小波叠加在各向同性变形弹性体基础上,推导了超声波法应力测量的理论基础声弹性方程,特殊条件下简化出临界折射纵波声弹性方程.建立了超声波法焊接残余应力测量系统,选用对应力敏感的临界折射纵波作为测量波形,对20 mm厚X坡口双丝焊对接2219铝合金平板纵向残余应力场梯度进行了测量,获取了纵向残余应力场引起的声时差信号分布,用MARC软件计算了铝合金残余应力场纵向应力的分布,与声时差信号的趋势进行了对比,趋势符合.为超声波法重建焊接残余应力场作了准备.     

低碳钢双丝焊平板横向残余应力超声波法测量

介绍了超声波法应力测量的理论基础声弹性方程,特殊条件下简化临界折射纵波声弹性方程.建立了超声波法测量焊接残余应力系统,实现了高精度信号提取,使用特制变角度超声波探头,选用对应力变化敏感的临界折射纵波作为测量波形,对低碳钢双丝焊对接平板横向残余应力场实现了无损测量.结果表明,测量结果可靠,测量过程实时无损快速.分析了测量数据波动的原因.建立的超声波法应力无损测量系统为焊接结构服役状态在线可靠性评估奠定了基础.     

冷轧辊的超声应力检测

轧辊内部不均匀分布的残余应力是造成轧辊失效的原因之一,因此,定量无损测量轧辊内残余应力的分布状态非常重要。为提高检测精度,消除探头斜楔块与被测轧辊之间温度差异对检测结果的影响,采用一发两收模式,基于临界折射超声纵波,检测冷轧辊表面的残余应力。结果表明,超声应力检测技术可应用于冷轧辊表面残余应力检测。     

基于临界折射纵波的超声波应力测量方法

在对现有各种残余应力测量方法进行分析比较的基础上,提出基于临界折射纵波的超声波技术测量应力。采用一发两收的探头布置形式,对5%Cr圆板进行超声应力测量,同时与应用X射线衍射法和盲孔法测得的结果进行比较。试验证明了基于临界折射纵波的超声波应力测量法的可行性。     

基于临界折射纵波法Q345C焊接接头残余应力检测

基于声弹性理论,采用临界折射纵波法测量12 mm厚Q345C钢对接接头残余应力,测试过程中采用频率2.5 MHz的一发一收探头,获得对接接头不同区域的残余应力分布状态。由于超声在传播过程中材料的微观组织尺寸和形貌会影响超声波的传播速度,通过对焊接接头不同区域分别进行标定,得到各个区域的应力系数K,提高了Q345C钢焊接接头残余应力测试的精度。通过修正焊接接头微观组织差异性对超声波声速的影响,促进临界折射纵波法测试残余应力的工程化应用。     

基于临界折射纵波无损评价激光熔覆层应力

基于临界折射纵波声弹性理论对激光熔覆层应力的评价方法进行研究.结果表明,激光熔覆层各向异性组织及层间界面是导致其临界折射纵波信号信噪比低、波形畸变程度大的主要因素,弹性极限内随应力的增大,临界折射纵波信号间时间差基本呈线性规律增大,当应力达到658 MPa时,再随应力的增大,时间差呈跳跃趋势变化,激光熔覆层各向异性组织引起的熔覆层不均匀塑性变形是导致上述结果的主要因素,且随应力的增大该影响程度亦逐渐增大.应力验证结果最大相对误差为4.5%,因而认为采用临界折射纵波法可实现激光熔覆层应力的无损评价.     

控制焊接残余应力方法的超声波监控

为了减少焊接件的残余应力测量时间,基于声弹性效应,采用对应力最为敏感的临界折射纵波,建立了焊接残余应力超声波测量系统,可以准确的检测出焊接结构的内部应力.用该测量系统对随焊旋转挤压法、随焊冲击碾压法、电磁冲击法、预置应力法等一系列降低焊接残余应力的控制方法进行了监控,试验结果给出了各控制方法的残余应力降低程度,确认了工艺参数的合理性.该试验过程无损快速克服了传统切割释放测量方法的耗时费力,加快了控制方法的研制进程.     

钢对接焊缝残余应力分布的临界折射纵波检测

焊接残余应力分布情况对焊接构件的安全使用存在一定影响。基于临界折射纵波(LCR)的产生机理和应力检测原理,搭建了基于声时的应力检测系统。采用"一发一收"的探头布局模式,探讨了入射角度对LCR波产生的影响,利用工件中存在应力会导致LCR波传播时间变化的现象,探讨了对接焊缝横向残余应力分布的测试方法。结果表明:LCR波法检测焊缝残余应力分布与理论分布情况相符。     

基于LCR波的20CrMnTi渗碳淬火齿轮表面残余应力检测

齿轮作为受到交变疲劳载荷的零件,表面残余应力分布对疲劳强度有重大影响,本文以20CrMnTi渗碳淬火齿轮为研究对象,基于声弹性理论,研究临界折射纵波残余应力检测原理,设计并搭建了齿轮表面残余应力检测系统,在实现过程中采用一发一收的探头布局模式,对20CrMnTi渗碳淬火齿轮表面残余应力分布进行分区域检测,分析残余应力的分布情况。     

300km/h高速列车车体残余应力超声波法无损测量

高速列车车体采用铝合金焊接结构,高速列车起动快和制动,交会对接和出入隧道,车体承受应力复杂,车体残余应力分布迫切需要关注.基于声弹性效应,超声波可以无损检测出结构内部应力.开发了超声波法焊接残余应力测量系统,克服了传统应力测量方法费时耗力、破坏、体积庞大等缺点.对高速列车车体侧墙部位的焊接残余应力进行了实时快速无损测量,为服役状态下高速列车车体结构安全评估和疲劳寿命预测奠定了基础.提出了焊接结构安全评定虚拟样机的工程应用设想.     

航天器铝合金结构残余应力超声波检测方法研究

利用有限元法对5A06铝合金薄板拉伸过程进行数值模拟，以模拟结果为依据设计平面双向应力加载试件。基于声弹性理论，在单、双向加载的条件下，采用临界折射纵波法（LCR）对铝合金薄板进行单、双向应力检测试验研究，得到平面应力下单向和双向应力曲线。对比分析单向加载条件和双向加载条件下的应力曲线及应力系数，结果说明:LCR波在试件中的传播声时是由平行与垂直方向的应力共同决定的，垂直方向应力的作用约为平行方向应力的33%，垂直方向的应力对应力系数的影响不可忽略。     

Application of the LCR ultrasonic technique for evaluation of post-weld heat treatment in steel plates

Ultrasonic travel times obtained with the LcR wave are able to distinguish between stress relieved and non-stress relieved 13 mm (1/2 in) thick, steel plates. Two 1.22 m (48 in) square plates were patch welded in the centre to create a residual stress field, and one of the plates was stress relieved. The LcR ultrasonic technique sends a critically refracted longitudinal wave travelling beneath the plate surface, and the stresses in the plate affect the travel times through the acoustoelastic relationship. The L_CR travel-time measurements not only distinguished between residual stress states in the plate, but also gave some information on their distribution and magnitude. Neither texture nor localized residual stresses affect the results. These findings demonstrate the potential usefulness of the technique for evaluating the state of post-weld heat treatment in structural steels.     

Residual Stress Measurement and Calibration for A7N01 Aluminum Alloy Welded Joints by Using Longitudinal Critically Refracted (<Emphasis Type="Italic">LCR</Emphasis>) Wave Transmission Method

Residual stress measurement and control are highly important for the safety of structures of high-speed trains, which is critical for the structure design. The longitudinal critically refracted wave technology is the most widely used method in measuring residual stress with ultrasonic method, but its accuracy is strongly related to the test parameters, namely the flight time at the free-stress condition (t ₀), stress coefficient (K), and initial stress (σ₀) of the measured materials. The difference of microstructure in the weld zone, heat affected zone, and base metal (BM) results in the divergence of experimental parameters. However, the majority of researchers use the BM parameters to determine the residual stress in other zones and ignore the initial stress (σ₀) in calibration samples. Therefore, the measured residual stress in different zones is often high in errors and may result in the miscalculation of the safe design of important structures. A serious problem in the ultrasonic estimation of residual stresses requires separation between the microstructure and the acoustoelastic effects. In this paper, the effects of initial stress and microstructure on stress coefficient K and flight time t ₀ at free-stress conditions have been studied. The residual stress with or without different corrections was investigated. The results indicated that the residual stresses obtained with correction are more accurate for structure design.