法國MRX X射線殘余應力分析六軸機器人

針對EH550 鋼 T 型接頭焊接殘余應力檢測流程報告

焊接試驗完成后，通過 X 射線衍射法測試接頭的殘余應力，以驗證有限元結果。由于測試探頭需要在較近的距離接收衍射光束，在測試焊縫附近區域時較高的立板會阻礙測試探頭，因此測試接頭上表面時測試點和焊縫要有一定的距離（如圖 1 所示），而此處的殘余應力一般較小，受測試誤差的影響，測試精度難以保證。通過查閱相關文獻，厚板 T 型接頭的下表面存在較大的殘余應力。考慮上述情況，測試下表面的殘余應力是一種可行且具有參考價值的方案，因此，殘余應力測試以底板下表面為主，底板上表面為輔。下表面測試點的位置分布如圖 2 所示，測試點所在的直線位于接頭中部，殘余應力相對穩定，考慮到殘余應力的分布梯度，①、②和⑤號測試點之間間距較小，其他測試點間距較大。上表面測試方案如圖 3 所示，在不妨礙測試探頭的情況下盡可能地靠近焊縫。

圖 1 接頭上表面殘余應力測試

圖 2 接頭下表面殘余應力測試方案

圖 3 接頭上表面殘余應力測試方案

1 、 測試準備

接頭表面有一層防腐蝕涂料，而 X 射線穿透能力弱，無法穿透涂料獲得金屬的殘余應力，因此需要去除接頭表面的涂料。為避免引入較大的殘余應力，使用砂紙手工打磨接頭表面，直至露出銀白色金屬（如圖 4 所示）。打磨后在接頭上標記測試點位置，為下一步的電化學腐蝕定位。

圖 4 砂紙打磨表面

為消除打磨過程產生的附加應力，得到較為真實的焊接殘余應力，采用電解拋光的方式對接頭表面進行處理，使用的設備為：邁勝MP3020D 直流穩壓電源，輸出電壓為 0~30V，輸出電流為 0~20A，使用的電解液為飽和氯化鈉溶液。電源正負極分別連接金屬夾鉗以及鋼針，夾鉗與鋼針分別接觸鋼板和鋼板上的氯化鈉溶液以形成閉合回路。每個測試點電解時間保持在 4 分鐘上下，以保證所有測試點的拋光深度相同。電解拋光后的接頭如圖 6 所示。

圖 5 電解拋光設備以及電解拋光過程

圖 6 拋光后的接頭表面

2 、 測試過程和測試結果

電解拋光后可以正式進行殘余應力測試，試驗采用的是X-RAYBOT 型 X 射線衍射儀，搭配 UR5 型激光自動定位系統，如圖7 所示。

圖 7 X 射線衍射儀及激光定位系統

將 T 型接頭下表面朝上平放，調節 X 射線角度，使得光線交點與標記點重合，進行殘余應力測試，如圖 8 所示。測試過程中可以通過軟件移動光線交點，通過探頭攝像頭確認光線交點的位置，進而測試其他區域的殘余應力。

圖 8 殘余應力測試過程

殘余應力測試結果如表 1 所示，括號內代表直線擬合結果，其余數值代表橢圓擬合結果。

測試完成后，為探究拋光深度對殘余應力測試結果的影響，再次對⑤號和⑧號測試點進行電解拋光，拋光時間為 2 分鐘，之后再次測試殘余應力，殘余應力結果如表 2 所示，括號內代表直線擬合結果。

2023 年 6 月

來源： 寧波經略海洋科技