如何檢測(cè)鋼結(jié)構(gòu)的殘余應(yīng)力？

來(lái)源：貴州弘波質(zhì)量檢測(cè)有限公司  發(fā)布時(shí)間：2021-03-24  瀏覽：1399次

殘余應(yīng)力是造成鋼結(jié)構(gòu)疲勞、斷裂的重要因素，因此有效評(píng)價(jià)應(yīng)力變形狀態(tài)對(duì)于特種設(shè)備關(guān)鍵部件的早期失效預(yù)測(cè)十分有必要。對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行殘余應(yīng)力的檢測(cè)方法根據(jù)其物理原理的不同可分為電學(xué)檢測(cè)方法、磁學(xué)檢測(cè)方法、渦流檢測(cè)方法、射線檢測(cè)方法和超聲檢測(cè)方法等幾類。接下來(lái)就簡(jiǎn)單的為大家介紹一下這幾種方法。

1 電學(xué)檢測(cè)

常用于鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力檢測(cè)的電學(xué)檢測(cè)有電阻式應(yīng)變檢測(cè)法和振弦式應(yīng)變檢測(cè)法。

（1）電阻式應(yīng)變檢測(cè)法

工作原理：金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)即金屬絲電阻隨機(jī)械變形而改變的物理現(xiàn)象，其在不同方向的外力作用下，所產(chǎn)生的變形量不同。

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、技術(shù)成熟、檢測(cè)精度高、適用于動(dòng)態(tài)應(yīng)力監(jiān)測(cè)；

缺點(diǎn)：應(yīng)變片需要粘貼，不能長(zhǎng)期使用，檢測(cè)靜態(tài)應(yīng)變和殘余應(yīng)力時(shí)需要與鉆孔法或壓痕法配合，屬于有損檢測(cè)方法。

實(shí)際應(yīng)用：電阻式應(yīng)變檢測(cè)的應(yīng)用范圍很廣，如管道鋪設(shè)過(guò)程應(yīng)力監(jiān)測(cè)、起重機(jī)應(yīng)力監(jiān)測(cè)，鐵軌參與應(yīng)力檢測(cè)，海上采油平臺(tái)樁管動(dòng)應(yīng)力監(jiān)測(cè)等。

（2）振弦式應(yīng)變檢測(cè)法

工作原理：在結(jié)構(gòu)受力之前，在所測(cè)結(jié)構(gòu)上粘貼或用其他方式固定鋼弦式表面應(yīng)變計(jì)。在結(jié)構(gòu)受力后，表面應(yīng)變計(jì)內(nèi)置鋼弦的頻率會(huì)發(fā)生變化，通過(guò)測(cè)量頻率的變化，并由標(biāo)定的應(yīng)變-頻率回歸曲線，計(jì)算出所測(cè)結(jié)構(gòu)物在作用力下的應(yīng)變。

優(yōu)點(diǎn)：高精度，高靈敏度、防水性能好、耐腐蝕、長(zhǎng)期穩(wěn)定性好、適合于動(dòng)態(tài)應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

缺點(diǎn)：鋼弦式表面應(yīng)變計(jì)的安裝不太方便，且只能檢測(cè)應(yīng)力的變化量。

應(yīng)用：可廣泛應(yīng)用于地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼支撐的應(yīng)力監(jiān)測(cè)、連續(xù)鋼構(gòu)橋不對(duì)稱懸臂施工應(yīng)力監(jiān)測(cè)、船舶應(yīng)力監(jiān)測(cè)等。

2 磁學(xué)檢測(cè)方法

常用于鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力檢測(cè)的磁學(xué)檢測(cè)方法有磁應(yīng)變法、磁聲發(fā)射法和金屬磁記憶法。

（1）磁應(yīng)變法

工作原理：利用鐵磁性物體的逆磁致伸縮效應(yīng)，在無(wú)應(yīng)力作用時(shí)，可認(rèn)為是磁的各向同性體，當(dāng)發(fā)生彈性變形時(shí)，則產(chǎn)生磁各向異性，即各個(gè)方向的磁導(dǎo)率的變化來(lái)反映應(yīng)力的變化。

優(yōu)點(diǎn)：方便、簡(jiǎn)單、快速、準(zhǔn)確

缺點(diǎn):只能用于檢測(cè)鐵磁性材料

應(yīng)用：油井套管應(yīng)力檢測(cè)、鋼結(jié)構(gòu)橋梁的焊接殘余應(yīng)力檢測(cè)等

（2）金屬磁記憶檢測(cè)

工作原理：鋼結(jié)構(gòu)由于疲勞和蠕變而產(chǎn)生的微裂紋會(huì)在缺陷處出現(xiàn)應(yīng)力集中，由于鐵磁性材料存在磁機(jī)械效應(yīng)，故其表面上的磁場(chǎng)分布與部件應(yīng)力載荷有一定的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可通過(guò)檢測(cè)部件表面的磁場(chǎng)分布狀況間接的對(duì)構(gòu)件的缺陷和應(yīng)力集中部位進(jìn)行診斷。

優(yōu)點(diǎn)：與其他磁學(xué)檢測(cè)方法相比，金屬磁記憶檢測(cè)不需要磁化，不需要對(duì)材料進(jìn)行表面處理，設(shè)備輕便

缺點(diǎn)：只能用于檢測(cè)鐵磁性材料，通常只能實(shí)現(xiàn)定性檢測(cè)，需與其它方法配合后才能完成定量檢測(cè)

應(yīng)用：鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)、焊縫質(zhì)量評(píng)價(jià)、壓力容器對(duì)接焊縫應(yīng)力檢測(cè)。

（3） 磁聲發(fā)射法

磁聲發(fā)射是一種用磁場(chǎng)作為激勵(lì)、利用聲信號(hào)完成應(yīng)力檢測(cè)的方法。鐵磁性材料內(nèi)存在磁矩方向的各向異性的磁疇，各磁疇之間由疇壁相互分開(kāi)，在外部磁場(chǎng)的作用下將產(chǎn)生磁疇的突然運(yùn)動(dòng)和磁化矢量的轉(zhuǎn)動(dòng)，從而以應(yīng)力波的形式向周圍傳播，產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象。這種方法可應(yīng)用于焊接及熱處理后的應(yīng)力檢測(cè)、鋼鐵構(gòu)件使用過(guò)程中應(yīng)力變化的監(jiān)測(cè)、鉆桿殘余應(yīng)力檢測(cè)等。

3、脈沖渦流檢測(cè)法

工作原理：鋼結(jié)構(gòu)在某一方向受力產(chǎn)生變形時(shí)，其長(zhǎng)、寬厚度會(huì)發(fā)生變化，從而使其電阻率發(fā)生相應(yīng)的變化（壓阻效應(yīng)），導(dǎo)致渦流分布和磁場(chǎng)發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量瞬態(tài)輸出電壓信號(hào)的變化大小，就可以得到鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)的狀態(tài)信息。

優(yōu)點(diǎn)：脈沖渦流檢測(cè)應(yīng)力具有方便、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。材料的壓阻效應(yīng)使得脈沖渦流檢測(cè)方法在殘余應(yīng)力評(píng)估方面有巨大優(yōu)勢(shì)。

缺點(diǎn)：只能測(cè)出電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的乘積，兩者的影響有待分離，目前研究主要對(duì)非鐵磁性的導(dǎo)電材料（鋁合金等）

4、X射線衍射法

工作原理：當(dāng)多晶材料中存在內(nèi)應(yīng)力時(shí)，必然存在內(nèi)應(yīng)變與之對(duì)應(yīng)，導(dǎo)致其內(nèi)部晶面間距發(fā)生變化，以及X射線衍射譜線產(chǎn)生位移。通過(guò)分析衍射峰位置的變化，根據(jù)彈性力學(xué)原理，就可以測(cè)量出材料中內(nèi)應(yīng)力大小及方向。

優(yōu)點(diǎn)：能測(cè)量出絕對(duì)殘余應(yīng)力，精度較高，可達(dá)到10Mpa;

缺點(diǎn)：設(shè)備價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，受材料晶粒度影響較大，對(duì)材料表面狀況要求嚴(yán)格；只能檢測(cè)表面應(yīng)力，在測(cè)內(nèi)部應(yīng)力時(shí)必須剝層

應(yīng)用：體育館等建筑的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測(cè)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)葉片參與應(yīng)力監(jiān)測(cè)。

5、超聲檢測(cè)

工作原理：超聲波可穿透物體，且其聲彈效應(yīng)主要取決于材料內(nèi)部的應(yīng)變大小，因此可利用超聲波的聲彈常數(shù)與應(yīng)力之間的特定關(guān)系來(lái)檢測(cè)材料的殘余應(yīng)力

優(yōu)點(diǎn)：使用靈活、無(wú)破壞、成本低，檢測(cè)深度較深

缺點(diǎn)：需使用耦合劑、檢測(cè)精度有限，對(duì)形狀復(fù)雜、小而薄、不均勻材料檢測(cè)困難

應(yīng)用：鋼結(jié)構(gòu)表面應(yīng)力檢測(cè)，電力機(jī)緊固件裝配應(yīng)力檢測(cè)，冷軋輥應(yīng)力檢測(cè)等

隨著無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，聲發(fā)射、紅外熱成像、光纖傳感、電子散斑干涉、激光超聲檢測(cè)及裂紋柔度法等其他無(wú)損檢測(cè)方法在鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力檢測(cè)中的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛。隨著無(wú)損檢測(cè)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，將會(huì)有更多的檢測(cè)方式出現(xiàn)，使得殘余應(yīng)力檢測(cè)的精度和自動(dòng)化水平進(jìn)一步提高。