盲孔法残余应力测试在工程管件上的应用

某供水工程在输水线路上设置两座配水站，站内有七件大型钢制管件。管件在加工过程中不可避免地会产生残余应力，残余应力一定程度上会降低构件的实际强度、疲劳极限，造成应力腐蚀和脆性断裂，也会由于残余应力的松弛产生变形，严重影响尺寸精度和使用寿命。为保证管件的结构精度和运行安全，了解构件内部的残余应力值，掌握残余应力分布情况就变得尤为重要。

残余应力测试方法

目前工程上应用较为广泛的残余应力测试方法是盲孔法，就是在被测点上钻一小孔，使被测点的应力得到部分或全部释放，并由事先贴在小孔周围的应变片测得释放的应变量，然后根据弹性力学原理计算出残余应力。这种方法残余应力测量结果精度较高。因此，该工程采用盲孔法，对三通、四通、三岔管焊缝进行残余应力检测。

残余应力检测仪器介绍

仪器采用南京聚航科技有限公司的JHMK残余应力测试系统，由JHYC静态应变仪和JHZK残余应力精密钻孔装置组成。仪器软件操作，自动实时计算残余应力，并实时显示和保存应力应变数值，精度高，测量结果准确。应变片采用三轴应变片，可同时检测0°、45°、90°等三个方向的应力数据。

管件上应力应变测试点的设置

为了保证测量数据的准确性，真实反应应力分布情况，在大型钢制管件的每条焊缝上均布有测点，钢制四通构件一般布设14-16个点，三通构件布设11-12个点。

残余应力检测

该工程大型钢件管件母材厚度为28-30mm，应变片打孔半径1-1.5mm、深度2.5-3mm。布设点位置首先进行抛光，再用JH-496胶水将应变片贴牢，按顺序将六根导线与应变仪连接，调平应变仪后进行打孔并测得数据。

应力测试结果及分析

以钢制四通为例，采用盲孔法测得构件内部应力大小。

表1 某四通构件内部应力实测值

从表上可以看出，测得大型钢制四通管件残余应力为259.59MPa，最大应力为379.29MPa，点号为12点，与之对应的构件布设测试点号为C/E3，若把整条椭圆焊缝按照时钟点位均布，此位置处于时钟的8-10点范围。

对7件大型钢制管件残余应力最大值统计得出，其中有5个关键最大应力分布在焊缝时钟8-10点或者2-4点范围，分布在此位置的几率为7.14%。其中最大应力点也分布在8-10点或者2-4点上下较近区域。

表2最大应力分布位置统计表

总结

1. 大型钢制管件残余应力最大值，集中在焊缝时钟的8-10点和2-4点范围，其余也分布在8-10点和2-4点上下较近区域，说明通过焊接起焊位置、焊接顺序、焊接方向等工艺方法，可以一定程度上解决残余应力集中的问题。

2. 虽然控制焊接工艺、方法能在一定程度上，避免应力集中在管件结构、受力复杂的区域，但为保证最终整体管件的结构精度和使用寿命，对于焊缝内部残余应力的消除，仍是不可或缺的重要工序。