钻孔法中的残余应力场Ⅰ.理论分析

钻孔法测量残余应力时,由于切削力的作用,会在孔口附近产生加工硬化层。硬化层内材料的特性会发生明显变化,从而影响残余应力的释放。通过增大孔口附近区域材料的弹性模量的方式,将硬化层简化为一个异质圆环,利用弹性力学方法求得了无限大板在双向均布载荷作用下钻孔后的释放应力的解析解。应用有限元软件MSC／Patran ＆ Nastran,对304不锈钢板在二向应力状态下的释放应力进行了数值计算,并与文中的解析解进行了比较。结果表明,将硬化层简化为异质圆环的分析模型是有效的,文中推导的解析解是正确的,钻孔法测量残余应力时考虑硬化层的影响会有助于提高测量精度。     

盲孔法测量残余应力的钻削加工应变

采用一种新的钻孔标定方法－有应力钻孔标定法，研究了盲孔法测量残余应力过程中外加应力与钻削加工应变的关系。结果表明，加工应变的大小不仅与应力水平有关，而且与应力性质有关，试验获得的钻孔加应变εｐｍ与钻孔释放应变△ε之间的关系为一简单的线性关系：εｑｍ＝ａ△ε＋ｂ，式中ａ，ｂ为测量系数，与钻孔方法，被测材料等因素有关。本关系的获得使得采用刃具钻孔测量残余应力的精度有很大提高。     

残余应力测试法在分析薄板起拱缺陷中的应用

某公司在生产某钢号薄板(厚度大于0.35mm)时容易产生起拱现象,而导致产品报废。为了找出产生此缺陷的原因,通过应力释放法中的钻孔法对薄板表面的残余应力进行测试,结果发现薄板加工过程中的某工序使薄板表面产生较大的残余应力而且其分布也不均匀,这是导致薄板最终产生缺陷的主要原因。     

热沉影响钛合金薄板焊接残余应力的试验分析

采用切条应力释放法测量了钛合金TC4薄板常规钨极氩弧焊(GTAW)和动态控制低应力无变形GTAW对接试件中的纵向残余应力和纵向残余塑性应变的分布。测量结果表明,钛合金常规GTAW缝中残余拉应力峰值小于其母材屈服强度,焊缝附近存在残余压缩塑性应变;动态控制低应力无变形GTAW焊技术中热沉的冷却作用使得热源与热沉之间的高温金属承受强烈的拉伸作用,产生拉伸塑性变形,部分抵消了焊接过程中已产生的缩短的塑性变形,使得试件中纵向残余塑性应变减小,焊接残余拉应力峰值降低,残余压应力水平降低。切条应力释放法是一种简便有效的薄板焊后残余应力测量方法,能够满足工程应用的精度要求。     

钻孔法测大型构件焊接残余应力试验的误差分析与优化

钻孔法理论体系完备,是目前最常用的残余应力测量方法,但试验参数的选择会直接影响测量结果的准确性。文中结合理论与试验研究了钻孔法测量时的贴片时间、应变取值时间对其误差的影响。首先建立了有限元模型,采用顺序热力耦合的方法计算了残余应力的分布情况,进而选取了3条残余应力水平不同的测试路径,采用钻孔法测试3条路径下不同贴片时间、应变取值时间的残余应力结果,并对结果进行回归分析,得到误差和2种因素间的数学关系。结果表明,在同等条件下,通过控制贴片时间t_p,误差控制效果更优,当误差在10%以内时,贴片时间t_p选取50.31 min,应变取值时间t_e选取24.12 min,为该误差下的最优时间参数。文中所用方法和结论,可为地铁枕梁等大型构件及相似结构的钻孔法焊接残余应力测量提供优化方法、思路,在保证测量精度的同时大幅提高试验效率。     

残余应力检测技术及其应用

着重叙述了残余应力检测技术,对其中几种典型的测定方法在我厂产品上的应用可能进行了探讨,并对各种测定方法进行了比较。     

用钻孔应变计法测定金属焊接接头的残余应力

本文介绍了用钻孔应变计法测定金属焊接接头的残余应力的测量方法。用此方法我们测定了核电站反应堆压力容器径向支承块镍基合金焊接接头和核电站蒸发器管板镍基合金焊接接头的残余应力。测得的结果和存在的问题也在文中给出。     

残余应力测试仪的研制

针对目前国内钻孔法测残余应力需由专业人员使用静态应变仪现场测得应变值编程计算获得残余应力，非专业工程技术人员往往不能测量残余应力问题，研制了集残余应变测试、计算、显示、打印于一体的残余应力测试仪。简要介绍了研制的残余应力测试仪的硬件电路、用汇编语言编辑的残余应力计算程序、残余应力测试仪控制软件。通过调试证明，研制的残余应力测试仪运行稳定，其测量误差小于4.4％。非专业的工程技术人员可以方便使用它进行残余应力测量。     

BT20钛合金激光焊接残余应力场及热处理研究

采用小孔释放法和数值模拟从对比的角度研究了B他0钛合金激光焊接和TIG焊接残余应力场的分布特点，并从理论上进行了分析。研究结果表明：在热影响区，激光焊接残余应力比TIG焊接残余应力小；但在焊缝及熔合线上，激光焊残余应力比TIG焊的大。这主要与激光焊接线能量小，塑性变形区窄有关。控制和消除激光焊接残余应力更具重要意义。经真空热处理后，激光焊接焊缝的针状马氏体转变为等轴细晶组织，焊接残余应力显著降低。     

异厚度铝合金激光拼焊残余应力场测试研究

采用小孔释放法检测异厚度铝合金激光拼焊后的残余应力场，分析残余应力产生的原因和规律，对比薄厚两板残余应力场的差异。测量分析结果表明：异厚度铝合金激光拼焊残余应力场分布规律与普通熔焊方法相似，但分布区域较窄；薄板残余应力场与厚板分布相似，但残余应力值范围较大。     

激光快速成形过程中残余应力分布的实验研究

以基材为1Cr18Ni9Ti不锈钢，熔覆材料为Ni20自熔合金粉末，采用激光快速成形制取试件，并用小孔法对成形试件中残余应力的分布特性进行了实验研究。结果表明，成形试件中的残余应力整体水平较低，属于低残余应力。靠近基材处熔覆金属承受1个与光束扫描方向平行的压应力，随着熔覆层数的增加，压应力值逐渐减小并转变为拉伸应力，同时应力值呈增加趋势，与此相比，与光束扫描方向垂直的应力值相对较小。     

Measurement of heat treatment induced residual stresses by using ESPI combined with hole-drilling method

In this study,residual stresses in heat treated specimen were measured by using ESPI(Electronic Speckle-Pattern Interferometry)combined with the hole-drilling method.The specimen,made of SUS 304austenitic stainless steel,was quenched and water cooled to room temperature.Numerical simulation using a hybrid FDM/FEM package was also carried out to simulate the heat treatment process.As a result,the thermal stress fields were obtained from both the experiment and the numerical simulation.By comparision of stress fields,results from the experimental method and numerical simulation well agreed to each other,therefore,it is proved that the presented experimental method is applicable and reliable for heat treatment induced residual stress measurement.     

Residual stress analysis in thermally sprayed layer composites,using the hole milling and drilling method

Residual stresses are related to the thermophysical properties of substrate and coating materials and occur after the coated component has undergone thermal spraying and machining processes. All residual stresses in layer composites result from different individual stress mechanisms occurring during the manufacturing process, mainly based on heat and mass transfer during the coating deposition. Using the hole-milling-and-drilling method, residual stress fields can be measured in a quasi-nondestructive way over the drilling depth with appropriate resolution. In several drilling and milling operations, a cylindrically shaped hole is brought step by step into the component surface. The residual stresses are locally relieved due to material removal, deform the surface around the drilled microhole, and are measured by high-resolution measurement tools (e.g., strain gages (DMS)), for every drilling step in the form of relaxed surface strains. Using calibration curves and material data (E, μ), the measured surface strains are converted into nominal strains at the bottom of the drilled hole for every drilling step. Out of the differentiated strains, in-plane stress fields can be incrementally determined by Hooke’s law. This study describes residual stress measurement features, the finite-element method (FEM) calculation, and the idealization of calibration curves, as well as the results of exemplary stress measurements. The original version of this article was published as part of the ASM Proceedings, Thermal Spray 2003: Advancing the Science and Applying the Technology, International Thermal Spray Conference (Orlando, FL), May 5–8, 2003, Basil R. Marple and Christian Moreau, Ed., ASM International, 2003.     

焊接应力场与应变场的计算与讨论

经典的观点认为焊缝存在残余压缩塑性应变,而目前有学者认为焊缝是在冷却的过程中形成的,与加热过程无关,认为焊缝只存在拉伸塑性应变,而不存在压缩塑性应变.针对这一对传统残余塑变理论的质疑,采用有限元方法对薄板熔焊对接接头纵向应力和应变的瞬态变化以及由焊缝中心到母材边缘的纵向应力和应变分布情况进行了计算.结果表明,焊缝及近缝区存在着残余压缩塑性应变,应力状态为拉应力,由焊缝中心到母材边缘其纵向应力由拉应力转变为压应力,纵向压缩塑性变形量逐渐下降,离焊缝较远受温度场影响较小的母材不产生塑性变形.     

工艺参数对异厚度铝合金激光拼焊板残余应力场的影响

采用小孔释放法检测异厚度铝合金激光拼焊后的残余应力场,分析残余应力产生的规律和原因,对比薄厚两板残余应力场的差异,分析激光功率、焊接速度、离焦量、添加粉末对残余应力场的影响.测量分析结果表明:异厚度铝合金激光拼焊残余应力场分布规律与普通熔焊方法相似,但分布区域较窄.对于不同的工艺参数,焊接功率越小、焊接速度越快、离焦量越大、不添加粉末时,残余应力场分布范围越窄.     

铝合金7N01在工作载荷下焊接残余应力的松弛行为

以A7N01铝合金的焊接平板试样来研究静态、动态载荷作用下焊接残余应力场的松弛规律,确定焊接残余应力的松弛条件。采用动态应变测量系统以及超声波法对焊接残余应力的释放过程进行跟踪测量。