焊接殘余應(yīng)力的測定 學(xué)生用 2009.doc

實驗二 焊接殘余應(yīng)力的測定第一部分 盲孔法測定焊接殘余應(yīng)力1. 實驗?zāi)康模?）掌握盲孔法測定焊接接頭中的焊接殘余應(yīng)力的方法；（2）加深對平板對接接頭中焊接殘余應(yīng)力分布規(guī)律性的認(rèn)識。2. 實驗裝置及材料 （1）盲孔法應(yīng)力測定鉆孔裝 （ZDLII） 1套； （2）數(shù)字式電阻應(yīng)變儀（WS-3811） 1臺； （4）數(shù)字萬用表 1個； （5）焊板 16Mn 500mm260mm8mm 2塊； （6）應(yīng)變花 紙基 TJ1201.5f 1.5 9片； （7）鉆頭 f 1.5mm 1根； （8）100#砂布、丙酮、502膠水、直尺、劃針、導(dǎo)線、錫焊工具等。3. 實驗原理 工件經(jīng)焊接加工后，其內(nèi)部存在著殘余應(yīng)力場。在應(yīng)力場內(nèi)任意處鉆一個一定直徑和深度的盲孔后，隨該處金屬的去除，其中的殘余應(yīng)力即被釋放，應(yīng)力場原有的平衡亦受到破壞，這時盲孔周圍的應(yīng)力將重新分布，應(yīng)力場達到新的平衡。盲孔周圍的應(yīng)變，其大小與被釋放的應(yīng)力是相對應(yīng)的。測出這種應(yīng)變，根據(jù)彈性力學(xué)理論便可推算出盲孔處的內(nèi)應(yīng)力。 如果鉆孔前應(yīng)變片粘貼在孔的周圍如圖6-4所示，鉆孔后應(yīng)變片即可感受到釋放應(yīng)變。測出鉆孔前、后各應(yīng)變片的應(yīng)變值，便可按下式算出主應(yīng)力s1、s2及縱向應(yīng)力sX的大小及主應(yīng)力的方向g。圖6-4 盲孔法測內(nèi)應(yīng)力布片示意圖（公式） 式中A、B為應(yīng)變釋放系數(shù)，需進行標(biāo)定實驗來確定其數(shù)值。用盲孔法測焊接殘余應(yīng)力時，A、B的值與孔徑、孔深、孔與孔的相對位置、應(yīng)變片尺寸以及被焊材料種類等有關(guān)。經(jīng)標(biāo)定，本實驗的A、B值為：（A、B值）4. 實驗內(nèi)容及步驟 （1）實驗準(zhǔn)備 用砂布打磨試板上待測部位表面，然后用丙酮除去試板表面油污。 對待用的應(yīng)變片進行外觀檢查；用數(shù)字萬用表測量其阻值，要求每片應(yīng)變花上的三個應(yīng)變片的阻值差 0.1W。 按圖6-5用劃針劃線，定出鉆孔和貼片的位置。1234567893030303030303030圖6-5 鉆孔位置圖 將應(yīng)變片待貼面用除油污，再滴上少許502膠水，涂勻，稍晾片刻后將應(yīng)變片貼于試件待測點位置。 用數(shù)字萬用表檢查應(yīng)變片的粘貼質(zhì)量，要求應(yīng)變花的引線與試板間的絕緣電阻 200MW。 （2）應(yīng)變測量 將試件上各應(yīng)變花分組接入電阻應(yīng)變儀回路。 調(diào)節(jié)電阻應(yīng)變儀，將各應(yīng)變花的初始應(yīng)變讀數(shù)eA、eB、eC 均調(diào)至0值。 將鉆孔裝置通過放大鏡與測點粗對中；再用502膠水將其底座固定在試件上；而后精確對中測試點；再將放大鏡換為鉆具進行鉆孔，鉆孔深度h應(yīng)大于2mm，鉆速 400轉(zhuǎn)/min。 停鉆后每隔3 min 記錄一次eA、eB、eC值，直到相鄰兩次讀數(shù)相差1me或相同時，以最末兩次讀數(shù)的平均值作為實驗數(shù)據(jù)，進行記錄。 更換測試點，重復(fù)實驗步驟34 。5. 實驗數(shù)據(jù)整理及結(jié)果分析 （1）實驗數(shù)據(jù)整理 將實驗測量出的各測點的應(yīng)變量填入表6-4中。 按式6.4、式6.5、式6.6、式6.7計算各測點的焊接殘余應(yīng)力s1、s2及其方向g值、縱向殘余應(yīng)力sX值，填入表6-4中。 表6-4 應(yīng)變量及殘余應(yīng)力數(shù)據(jù)點測數(shù)據(jù)123456789eA (me)eB (me)eC (me)s1 (MPa)s2 (MPa)sX(MPa)g 根據(jù)計算出的焊接縱向殘余應(yīng)力sX值，在直角坐標(biāo)系中繪出焊接接頭的縱向殘余應(yīng)力沿板寬分布的曲線。 （2）實驗結(jié)果分析 對實驗所得的焊接接頭縱向殘余應(yīng)力sX 沿板寬分布的曲線進行分析與討論。6. 思考題 實驗所得的焊接縱向殘余應(yīng)力曲線是否符合規(guī)律？如不符合，試分析原因。第二部分 焊接殘余應(yīng)力的磁應(yīng)變法測定1.實驗?zāi)康模?）了解CCYL98型磁應(yīng)變儀基本結(jié)構(gòu)和工作原理；（2）掌握CCYL98型磁應(yīng)變儀的使用方法；（3）加深對焊接殘余應(yīng)力分布規(guī)律性的理解。2.實驗裝置及材料（1）磁應(yīng)變儀 （CCYL98型） 1套；（2）計算機 1臺；（3）焊接接頭試板 1塊；（4）丙酮、藥棉、 若干。3實驗原理磁應(yīng)變法是一種利用鐵磁材料的磁致伸縮效應(yīng)原理無損地檢測鐵磁材料應(yīng)力的方法，通過測定鐵磁材料磁導(dǎo)率的變化來反映其應(yīng)力的變化。CCYL98型磁應(yīng)變儀的基本原理是通過傳感器（探頭）和一定的電路將鐵磁材料磁導(dǎo)率的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏髁康淖兓?yīng)力和電流值的函數(shù)關(guān)系，通過測量電流來確定應(yīng)力。磁導(dǎo)率的變化與應(yīng)力之間存在線性關(guān)系： (6.8)式中0初始磁致伸縮系數(shù)；0、材料沒有應(yīng)力與有應(yīng)力時的磁導(dǎo)率；0-磁導(dǎo)率的變化；材料的應(yīng)力；/磁應(yīng)變。若0、 0為常數(shù)，則磁應(yīng)變與應(yīng)力成正比，這也是虎克定律的一種形式。式(6.8) 體現(xiàn)在CCYL-98 型應(yīng)力儀中即為應(yīng)力差與電流差成正比，其表達公式為： (6.9)式中為靈敏度系數(shù)，單位為mA/MPa,視不同型號探頭和被測材料，由標(biāo)定試驗確定，一般結(jié)構(gòu)鋼可采用儀器給出的推薦值。1最大主應(yīng)力，單位為MPa2最小主應(yīng)力，單位為MPaI1最大主應(yīng)力方向電流輸出值，單位為mAI2最小主應(yīng)力方向電流輸出值，單位為mA主應(yīng)力方向未知時，可通過公式（6.10）確定主應(yīng)力方向角及主應(yīng)力差： (6.10) (6.11)式中最大主應(yīng)力方向與X軸的夾角0，45，90三個測量方向的測量電流值（mA）。已知各點的主應(yīng)力差和主方向角，任一點P的應(yīng)力分量可用切應(yīng)力差法求得。 (6.12) (6.13) (6.14)式中為邊界點的已知應(yīng)力值，對自由邊界。4.實驗內(nèi)容及步驟（1）清理待測焊接接頭試樣的表面；（2）根據(jù)需要確定測量點數(shù)，并用畫線筆畫出測點位置； （3）將計算機與磁測應(yīng)力儀主機連線；（4）應(yīng)力測量啟動計算機，進入DOS系統(tǒng)，打開MSIBJB1測量程序。進入采集界面后，按屏幕下提示進行操作。移動光標(biāo)，進入“建立坐標(biāo)”窗口欄，建立測點坐標(biāo)，；進入“測試”窗口欄，輸入電導(dǎo)率，和輸入相對導(dǎo)磁率； 移動光標(biāo)至“采樣電流數(shù)據(jù)”欄，按Enter鍵，出現(xiàn)采樣測點坐標(biāo)圖；輸入激勵電流設(shè)定值（括號內(nèi)的值）。激勵電流設(shè)定值應(yīng)取標(biāo)定值，一般鋼材亦可取140-160A；儀器輸出電流調(diào)零：將測量探頭、補償探頭同時空置，打開磁測應(yīng)力儀主機電源開關(guān)，待激勵電流括號內(nèi)的值（設(shè)定值）與括號外的值（實際值）一致時，按調(diào)節(jié)儀器主機面板上“激勵”/“測量”鍵，旋轉(zhuǎn)“調(diào)零”旋鈕，使輸出電流值為零（；測點電流采集：按調(diào)節(jié)儀器主機面板上“激勵”/“測量”鍵，使其處于“測量”狀態(tài)，將界面上光標(biāo)移至測點1；將測量探頭置于焊板上測點1位置，將補償探頭置于一塊與焊板同材質(zhì)的無應(yīng)力鋼板上。將測量探頭定位標(biāo)記置于測點1的 0o方向，待屏幕下輸出電流值穩(wěn)定不變時，按數(shù)字“1”，保存測點0o方向電流數(shù)據(jù)；同樣分別在測點1的45 o、90 o方向進行測量，分別按下數(shù)字“2”、“3”，保存45 o、90 o測點電流數(shù)據(jù)。其他測點的