[发明专利]一种辅助压痕应变法检测焊接结构件残余应力的方法

说明书

本发明公开了一种辅助压痕应变法检测焊接结构件残余应力的方法，属于焊接结构件残余应力与变形检测技术领域。该方法包括：(1)利用Hypermesh软件建立三维实体模型并进行网格划分；(2)建立经过校核的焊接热源模型，设置材料的各项物理性能、对流换热系数及装夹条件，对其焊接过程进行模拟仿真分析；(3)获得残余应力场分布，确定残余应力集中区域及其大小；(4)在实际焊件该区域内粘贴应变花，用压痕应变法测量残余应力大小，并比较模拟结果和实测结果；若两者相差较小，则以实测值作为该位置处的应力值。本发明可获得焊件残余应力峰值位置及其值大小，提高残余应力检测结果的准确性。

技术领域

本发明涉及焊接结构件残余应力与变形检测技术领域，具体涉及一种辅助压痕应变法检测焊接结构件残余应力的方法。

背景技术

工程结构件的成型和加工离不开焊接技术。由于焊接过程避免不了产生残余应力，焊缝局部区域存在应力梯度较大的残余应力分布，而残余应力(特别是残余拉应力)对结构件的承载能力和抗应力腐蚀能力具有重要影响，因此，准确地获知焊接残余应力的分布范围，特别是峰值残余拉应力的位置及其大小，是设计和使用人员最为关注的重要问题。

残余应力的检测方法有盲孔法、压痕应变法、X射线衍射法、中子衍射法等，且主要分为有损检测和无损检测两大类。在各种无损检测残余应力的方法中，X射线衍射法受材料表面组织状态影响较大，而中子衍射法则无法检测尺寸较大的焊件。压痕应变法作为无损检测应力的最佳手段，是目前公认最可靠和最实用的检测技术，广泛应用于机械工程和材料科学。

但是，在采用压痕应变法对焊件进行检测时，存在着效率低、准确性差、成本高等不足。对于具有大应力梯度的残余应力分布特点的焊件，一般难以凭经验确定峰值残余应力所在位置，实验测量需要耗费很多时间和测量耗材。同时，对于大型工程焊接结构件，如高速列车车体端墙，测试过程更为复杂，需要花费大量的时间，而且在测试过程中，一旦测试设备与焊接结构件之间设置的位置存在偏差，就会影响焊接结构件残余应力测试的准确性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种辅助压痕应变法检测焊接结构件残余应力的方法，以解决现有技术中在采用压痕应变法对焊接结构进行残余应力检测时，由于测试设备与焊接结构之间设置位置存在偏差而造成检测结果准确性较差的问题。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种辅助压痕应变法检测焊接结构件残余应力的方法，包括如下步骤：

(1)根据焊接结构件的实际尺寸、焊接道次和焊缝尺寸，利用Hypermesh软件建立三维实体模型并进行网格划分，得到焊接结构件的三维有限元模型；

(2)基于已有双椭球体热源模型，模拟焊接稳态过程，预设焊接热源模型参数，并结合平板堆焊试验，校核模型参数，采用校核后模型参数建立准确焊接热源模型；

(3)利用步骤(2)建立的准确焊接热源模型模拟焊件的焊接过程，得到焊件残余应力分布，并确定残余应力集中区域及集中区域内残余应力的模拟值；

(4)在焊件的残余应力集中区域内粘贴应变花，用压痕应变法测量检测点残余应力的实测值；

(5)比较步骤(3)所得集中区域内残余应力的模拟值与步骤(4)所得检测点残余应力的实测值，如残余应力实测值与残余应力的模拟值接近，则将该残余应力实测值作为所述焊接结构件残余应力。

上述步骤(3)中，所述集中区域内残余应力的模拟值为集中区域内各点残余应力的平均值。

上述步骤(3)中，利用焊接数值模拟软件对所述焊件的三维模型进行仿真分析。