[发明专利]一种基于硬度-应力系数的焊接接头残余应力测量方法

说明书

一种基于硬度‑应力系数的焊接接头残余应力测量方法，步骤如下：S1、取焊接试板；S2、在焊接试板上切取拉伸试样；S3、在焊接试板的拉伸试样上确定特征点，特征点至少包括在焊缝中心、焊缝边缘区、热影响区和母材区上各取的一个点；S4、对焊接试板的拉伸试样进行应力系数标定，计算得到各个特征点位置处的应力系数和各项异性参数，并建立二者关系式；S5、测量各个特征点的硬度值，建立硬度值H‑应力系数K关系式；S6、检测待测焊件待测区域的硬度值，计算得到该待测区域的应力系数和各项异性参数；S7、使用电磁超声探头采集待测区域的偏振横波数据，将待测区域的应力系数和各项异性参数带入残余应力计算公式中，即得到该待测区域的残余应力值。

技术领域

本发明涉及一种基于硬度-应力系数的焊接接头残余应力测量方法，属于超声波无损检测领域。

背景技术

随着能源需求的不断上升，能源运输的基础设施不断扩大，管道作为最安全的能源运输方式之一，常用于石油、天然气、和其他资源的长距离运输。焊接是其铺设过程中必不可少的环节，在管道焊接过程中，焊接热影响区的钢材在不均匀热的作用下会产生较大的焊接残余应力，而当外部载荷与残余应力结合时可能会产生应力腐蚀开裂、构件刚度降低、疲劳强度下降等负面影响，降低管道运行的可靠性和安全性。因此，检测管道接头中的残余应力分布是确保管道系统安全性和可靠性的必要措施。

目前，测量残余应力的无损检测方法有很多种，包括X射线衍射法、中子衍射法、和电磁超声法等。X射线衍射法由于其传播深度低，对工件表面要求高，因此只适用于工件表面的应力检测；与X射线衍射法相比，以高能中子流为入射能量束的中子衍射法的穿透力更强，传播深度为分米级，但其无法对大型构件进行测量且设备无法移动到现场；电磁超声法作为一种新兴的超声检测方法，结合了电磁和超声技术的优点，可以对各种材料和几何形状中的残余应力进行无损和非接触的测量，具有无需耦合、测量方式广、不受表面质量影响等优点，逐渐被广泛应用于构件的应力检测。

然而，电磁超声在管道接头残余应力检测方面仍面临一些挑战，焊接接头由于局部的不均匀加热，会导致接头处材料的微观组织出现较明显的差异，这将引起应力系数的变化。由于EMAT探头较大，实际检测样品的焊缝区和热影响区又较窄，在检测过程中探头下方可能存在多个区域，因此单独使用某一个区域的应力系数进行计算时不可避免会造成一定误差，将无法获得其准确的应力值。

发明内容

本发明的发明目的是提供一种基于硬度-应力系数的焊接接头残余应力测量方法，该方法能快速、准确地检测焊接接头的残余应力。

本发明实现其发明目的所采取的技术方案是：一种基于硬度-应力系数的焊接接头残余应力测量方法，其步骤如下：

S1、取与待测焊件的材料、厚度和焊接工艺完全相同的作为焊接试板，确定焊接试板的焊缝中心、焊缝区、热影响区和母材区；

S2、在焊接试板上切取拉伸试样，所述拉伸试样包括焊缝中心、焊缝区、热影响区和母材区；

S3、在焊接试板的拉伸试样上确定特征点i，所述特征点至少包括在焊缝中心、焊缝边缘区、热影响区和母材区上各取的一个点；

S4、采用拉伸机对焊接试板的拉伸试样进行应力系数标定，通过电磁超声探头得到不同应力下各个特征点平行于应力加载方向横波传播时间和垂直于应力加载方向横波传播时间，记特征点i位置处的平行于应力加载方向横波传播时间为t_i1，垂直于应力加载方向横波传播时间为t_i2；根据残余应力计算公式得到特征点i位置处的应力系数K_i和各项异性参数α_i，并根据各个特征点i位置处的应力系数K_i和各项异性参数α_i，建立应力系数K和各项异性参数α的关系式；以上公式中，σ_i为特征点i位置处的应力，为特征点i位置处的各向异性系数；