鋼結構(gòu)殘(cán)餘應力檢測的(de)5種檢測方法
更新時間:2021-04-10 17:51
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殘餘應力是造成鋼結構疲勞、斷裂的(de)重要因素,因此有效(xiào)評價應力變形狀態對於(yú)特種設備關鍵部件的早期(qī)失效預測十分有必(bì)要。對鋼結構進行殘餘應力的檢測方法根據其物(wù)理原理的不(bú)同可分為電學檢測方法、磁學(xué)檢(jiǎn)測方法、渦流檢測(cè)方法、射線檢測方法和超聲檢測(cè)方法等幾類。接下來小編(biān)就簡單的為大家介紹一下這幾種(zhǒng)方法。
1 電學檢測(cè)
常用(yòng)於鋼結構殘(cán)餘應力檢測的電學檢測有電阻式應變(biàn)檢測法和振弦式應變檢測法。
(1)電阻式應變檢(jiǎn)測法
工作原理:金屬絲的電阻應變效應即金屬絲(sī)電阻隨機械變形而改(gǎi)變的物理現象,其在不同方向的外力作(zuò)用下,所產生的(de)變形量不同。
優點:結構簡單、成本低、技術成熟、檢測精度高、適用於動態應力監測;
缺(quē)點:應變片需要粘貼,不能長期使用,檢測靜態應變和殘餘應力時需要與鑽孔法或壓痕法配合(hé),屬於有損檢(jiǎn)測方法。
實際應用:電阻式應變檢測的應用(yòng)範圍很廣,如管道鋪設過程應力監測、起重機應力(lì)監測,鐵軌參與應(yīng)力檢測,海上采油平台樁管動應力監(jiān)測等。
(2)振弦式應變檢測法
工作原理:在結構受力之前,在(zài)所測結構上(shàng)粘貼或用其他方式固定鋼弦式表麵應變(biàn)計。在結構受力後(hòu),表麵應變計內置鋼弦的頻率(lǜ)會發生變化,通過(guò)測量頻率的變(biàn)化,並由標定的應變-頻率回歸曲線,計算出所測結構(gòu)物在作用力下的應變。
優點:高精度,高靈敏度、防水性(xìng)能好、耐腐蝕、長期穩定(dìng)性好、適合於動態應力監測。
缺點:鋼弦式表麵應變計的安裝不太方便,且隻能檢測應力的變化量。
應用(yòng):可廣泛(fàn)應用於地鐵基坑圍護結構鋼支撐的應(yīng)力(lì)監測、連續鋼構橋不(bú)對稱懸臂施(shī)工應力監測、船舶(bó)應(yīng)力監(jiān)測等。
2 磁(cí)學檢測方法
常用於鋼結構殘餘應力檢測的磁學檢測方法有磁(cí)應變法、磁聲發射法和金屬磁記(jì)憶法。
(1)磁(cí)應變法
工作原理:利用鐵磁性物體(tǐ)的(de)逆磁致伸縮效應,在無應力作用時,可認為是磁的各向同性(xìng)體,當發生彈(dàn)性變形時,則產(chǎn)生磁各向異性,即各(gè)個方向(xiàng)的磁導率的變化(huà)來反映應力的(de)變化(huà)。
優點:方便、簡單、快速、準確
缺點:隻能用於檢測鐵磁性材料
應用:油(yóu)井套管應力檢測(cè)、鋼結構橋梁的(de)焊接殘餘應力檢測等
(2)金屬磁記憶檢測(cè)
工(gōng)作原理:鋼(gāng)結構由於疲(pí)勞和蠕變而產生的微裂紋(wén)會在缺陷處出現應力集中,由於鐵磁性材料存在磁機械效應,故其表麵上的磁場分布與部件應力載荷有一定的對應關係,可通過檢測部件表麵的磁場分(fèn)布狀況間接的對構件的缺陷和(hé)應力集中部位進行診斷(duàn)。
優(yōu)點:與其他磁(cí)學檢測方法相比,金屬磁記憶檢測(cè)不需要(yào)磁化,不需(xū)要對材料進行表麵(miàn)處理(lǐ),設備輕便
缺點:隻能用於檢測鐵磁(cí)性材料,通常隻能實現定(dìng)性(xìng)檢測,需與其它方法配合後才能完成定量檢(jiǎn)測
應(yīng)用:鋼結構應力檢測、焊縫質量評價、壓力容器對接焊縫應力檢測(cè)。
(3) 磁聲發射法
磁聲發射是一種用(yòng)磁場作為激勵、利(lì)用聲信號完成應力檢測的方法。鐵磁性材料內存在(zài)磁矩方向的(de)各向異性的磁(cí)疇,各磁疇之間由疇壁相互分開,在(zài)外部磁場的作用下將(jiāng)產生磁疇的突然運動和磁化矢量的轉動,從而以應力波的形式向周圍傳播,產生聲發射現象(xiàng)。這種方法可(kě)應用(yòng)於(yú)焊接及熱處理後的應力檢測、鋼鐵構件使(shǐ)用過程中應力變化的監測、鑽杆殘餘應力檢測等。
3、脈衝渦流檢(jiǎn)測法
工(gōng)作原(yuán)理:鋼結構在(zài)某一(yī)方向受力產生變形(xíng)時,其長、寬厚度會發生變化,從而使其電(diàn)阻率發(fā)生相應的變化(壓阻效(xiào)應),導致渦流分布和磁(cí)場發生變化。通過測量(liàng)瞬態輸出(chū)電壓信號的變化大小,就可以得到鋼結構相關參數(shù)的狀態信息。
優點:脈衝渦流檢測應力(lì)具有方便、快速、準確等優點。材料的壓阻效應(yīng)使得脈衝渦流檢測方法在殘餘應力評估方麵有巨大優勢。
缺點:隻能測出電導率和磁導率的(de)乘積,兩者的(de)影響有待分離,目前研究主(zhǔ)要對非(fēi)鐵磁性的導電材料(鋁(lǚ)合金等)
4、X射線衍射法
工作原理:當多晶材料中存在內應力時,必然存在內應變(biàn)與之(zhī)對應,導致其內部晶麵間距發生變化,以及X射線衍射(shè)譜(pǔ)線產生位移。通過(guò)分析衍射峰位置(zhì)的變化,根據彈性力學原理,就可以測量出材料中內應力大小(xiǎo)及方向。
優點:能測量出絕(jué)對殘餘(yú)應力,精度較高,可達到10Mpa;
缺點:設備價格昂貴,操作複雜(zá),受材料(liào)晶粒度影響較大,對材(cái)料表麵狀況要求嚴格;隻能檢測表(biǎo)麵應力(lì),在(zài)測內部應力(lì)時必須(xū)剝層
應用:體育館等建築的鋼結構應力檢測、航空(kōng)發動機(jī)葉片參與應力監測。
5、超(chāo)聲檢測
工作原理:超聲波可(kě)穿透物體,且其聲彈效(xiào)應主要取決於材料內部的應變大小,因此可利用超聲波的(de)聲彈常數與(yǔ)應力之(zhī)間的(de)特定關係來(lái)檢測材料的殘餘應力
優點(diǎn):使(shǐ)用靈(líng)活、無破壞、成本(běn)低,檢測深(shēn)度較深
缺點:需使用耦合劑、檢測精度有限,對形狀複雜、小而薄、不均勻材料檢測困難
應用:鋼(gāng)結構表麵應力檢測,電力(lì)機緊固件裝(zhuāng)配應力檢測,冷(lěng)軋輥應力檢測等
隨著(zhe)無損檢(jiǎn)測技術的不斷發(fā)展,聲發射、紅外熱成像、光(guāng)纖傳感、電子散斑幹涉、激光超聲檢測及裂紋柔度法(fǎ)等其他(tā)無損檢測方法在鋼結構的應力檢測中(zhōng)的應(yīng)用也越來越廣泛。隨(suí)著(zhe)無損檢測技術的進一步發展,將會有更多的檢測方式出現(xiàn),使得(dé)殘餘應力檢測的精度和自動化水平進一步提高。
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