法国MRX X射线残余应力分析六轴机器人

针对EH550 钢 T 型接头焊接残余应力检测流程报告

 

焊接试验完成后，通过 X 射线衍射法测试接头的残余应力，以验证有限元结果。由于测试探头需要在较近的距离接收衍射光束，在测试焊缝附近区域时较高的立板会阻碍测试探头，因此测试接头上表面时测试点和焊缝要有一定的距离（如图 1 所示），而此处的残余应力一般较小，受测试误差的影响，测试精度难以保证。通过查阅相关文献，厚板 T 型接头的下表面存在较大的残余应力。考虑上述情况，测试下表面的残余应力是一种可行且具有参考价值的方案，因此，残余应力测试以底板下表面为主，底板上表面为辅。下表面测试点的位置分布如图 2 所示，测试点所在的直线位于接头中部，残余应力相对稳定，考虑到残余应力的分布梯度，①、②和⑤号测试点之间间距较小，其他测试点间距较大。上表面测试方案如图 3 所示，在不妨碍测试探头的情况下尽可能地靠近焊缝。

 

图 1 接头上表面残余应力测试

 

图 2 接头下表面残余应力测试方案

 

图 3 接头上表面残余应力测试方案

 

 

1 、 测试准备

接头表面有一层防腐蚀涂料，而 X 射线穿透能力弱，无法穿透涂料获得金属的残余应力，因此需要去除接头表面的涂料。为避免引入较大的残余应力，使用砂纸手工打磨接头表面，直至露出银白色金属（如图 4 所示）。打磨后在接头上标记测试点位置，为下一步的电化学腐蚀定位。

 

图 4 砂纸打磨表面

 

为消除打磨过程产生的附加应力，得到较为真实的焊接残余应力，采用电解抛光的方式对接头表面进行处理，使用的设备为：迈胜MP3020D 直流稳压电源，输出电压为 0~30V，输出电流为 0~20A，使用的电解液为饱和氯化钠溶液。电源正负极分别连接金属夹钳以及钢针，夹钳与钢针分别接触钢板和钢板上的氯化钠溶液以形成闭合回路。每个测试点电解时间保持在 4 分钟上下，以保证所有测试点的抛光深度相同。电解抛光后的接头如图 6 所示。

 

 

图 5 电解抛光设备以及电解抛光过程

 

图 6 抛光后的接头表面

 

 

2 、 测试过程和测试结果

电解抛光后可以正式进行残余应力测试，试验采用的是X-RAYBOT 型 X 射线衍射仪，搭配 UR5 型激光自动定位系统，如图7 所示。

 

图 7 X 射线衍射仪及激光定位系统

 

 

将 T 型接头下表面朝上平放，调节 X 射线角度，使得光线交点与标记点重合，进行残余应力测试，如图 8 所示。测试过程中可以通过软件移动光线交点，通过探头摄像头确认光线交点的位置，进而测试其他区域的残余应力。

 

 

图 8 残余应力测试过程

 

 

残余应力测试结果如表 1 所示，括号内代表直线拟合结果，其余数值代表椭圆拟合结果。

 

 

 

 

测试完成后，为探究抛光深度对残余应力测试结果的影响，再次对⑤号和⑧号测试点进行电解抛光，抛光时间为 2 分钟，之后再次测试残余应力，残余应力结果如表 2 所示，括号内代表直线拟合结果。

 

 

2023 年 6 月

 

 

 

来源：汪选国   宁波经略海洋科技