[发明专利]一种具有窄焊缝特征的钢制薄焊板残余应力测试方法

说明书

本发明公开了一种具有窄焊缝特征的钢制薄焊板残余应力测试方法，其特征在于包括如下步骤：采用矫顽力法对钢板焊后残余应力的分布特征进行测量；采用X‑射线衍射法对窄焊缝磨抛深度处的残余应力的大小和方向进行测量；通过电解抛光逐层剥层技术获得实际磨抛深度层的残余应力大小和方向。本发明方法检测流程简单，检测效率高，检测后可以获得焊后及磨抛后残余应力分布、大小和方向，实现对残余应力的现场快速准确检测。

技术领域

本发明涉及一种焊接材料残余应力测试方法，具体涉及一种具有窄焊缝特征的钢制薄焊板残余应力测试方法。

背景技术

钢质薄板在焊接加工使用过程中容易产生内应力不均匀导致板形恶化或变差的现象，豪华邮轮的壁板和甲板等多以4~6 mm的高强度钢制薄板结构为主，豪华邮轮的美观性和舒适性要求所用高强度钢制薄板应具有极高的成型精度和质量。豪华邮轮壁板和甲板等薄板的装焊量大且对薄板结构装焊变形和分段建造精度要求极高，较大的焊接变形严重影响船体的美观和航行舒适性并降低船体外板抵抗水压作用的能力，甚至诱发焊件结构的应力腐蚀和疲劳破坏等失效。焊接不可避免会产生残余应力，该应力是导致焊接变形的重要因素。

为了尽可能降低豪华邮轮壁板和甲板等薄板焊接结构的残余应力，激光焊接因其具有的比传统焊接方式更高的焊接速度、焊接效率和焊接质量，被广泛应用于豪华游轮薄板结构的建造。激光焊施焊过程中的高热量集中和小的区域使其具有窄焊缝特征，且其焊接残余应力和焊后变形量均远低于传统焊接方法。尽管如此，激光焊接仍不可避免会在焊件中产生残余应力，该应力不仅会造成焊接变形，而且其在后续磨抛加工过程中的释放和重新分布会使焊接结构产生变形甚至失效，不但影响豪华邮轮的建造精度、美观性和航行舒适性，降低其抵抗水压作用的能力，而且使豪华邮轮存在安全性风险。

对于具有窄焊缝特征的邮轮用钢制薄焊板而言，不但要掌握其焊后的残余应力的分布特征从而对焊接质量和焊接工艺作出评价，而且还要掌握其焊后残余应力的大小和方向从而对焊材的应力腐蚀、疲劳强度及使用寿命等特性作出评价。此外，还需要对焊材经磨抛处理后因残余应力释放和重新分配所能导致的焊板变形程度和失效几率等作出准确评估。因此，对具有窄焊缝特征的邮轮用钢制薄焊板残余应力的准确测量就显得尤为重要了。

目前，以盲孔法或剥层法为代表的机械有损检测法及以磁测法、X-射线衍射法和超声波法等为代表的无损检测法是测量焊接残余应力的常规方法。在众多磁测法当中，矫顽力法因其可较好地反映磁性材料内部的应力集中情况，已经成为评价磁性金属焊缝残余应力水平和焊接过程质量控制的有效手段。

对于激光焊邮轮用钢制薄板窄焊缝而言，其宽度和高度一般在10mm和1mm以内，采用矫顽力法可对其焊后残余应力的分布特征进行测量并可实现对测试对象的现场快速测量。但因矫顽力法是通过矫顽力数值来间接反映残余应力的大小，被测材料残余应力的大小和方向特别是方向则需要借助于其它残余应力测试方法获得的残余应力通过拟合方法获得，因而无法单独采用矫顽力法对激光焊焊后的残余应力方向进行测定且无法实现对具有一定高度窄焊缝残余应力的准确定位测量。与矫顽力法相比，作为一种研究最广、深入、成熟的无损应力测试方法，X-射线衍射法已被成功应用于测定材料表面层几微米到几十微米深度内的残余应力大小与方向，借助于诸如电解抛光等逐步剥层技术还可实现对材料厚度方向的残余应力大小及分布进行测量且可实现对具有一定高度窄焊缝残余应力的准确定位测量，便携式X-射线应力测试仪也可实现对被测对象的现场测量。

尽管对于磨抛深度处的残余应力而言，可以采用盲孔法来进行测量，但对于表面不平的窄焊缝而言，受限于应变片对测试表面平整度和尺寸的要求，难以用盲孔法准确测定焊缝一定深度的残余应力。而采用射线法并辅以电解抛光逐层腐蚀，可实现对表面不平窄焊缝一定深度残余应力的准确测量，通过调整电化学腐蚀电流控制腐蚀深度，可实现对一定磨抛深度处残余应力的准确测量。

发明内容