焊接残余应力的测定

残余应力的测试标准残余应力是指在物体内部或表面存在的一种应力状态，它是在物体内部或表面上由于加工、焊接、热处理等工艺过程中产生的应力。

残余应力的存在会对材料的性能和使用寿命产生一定的影响，因此对残余应力进行测试是非常重要的。

下面将介绍残余应力的测试标准及相关内容。

1. 测试方法。

残余应力的测试方法有很多种，常见的包括X射线衍射法、光栅法、中子衍射法、电子衍射法等。

其中，X射线衍射法是应用最为广泛的一种方法。

通过X射线衍射仪器可以测定材料内部的应力状态，得到残余应力的大小和分布情况。

2. 测试标准。

在进行残余应力测试时，需要遵循一定的测试标准，以保证测试结果的准确性和可靠性。

国际上常用的残余应力测试标准有ASTM E837-13、ISO 2360:2003、GB/T 2970-2016等。

这些标准对于测试方法、设备精度、样品制备、测试程序、数据处理等方面都有详细的规定，使用者可以根据实际情况选择合适的标准进行测试。

3. 测试样品。

在进行残余应力测试时，选择合适的测试样品对于测试结果的准确性至关重要。

通常情况下，可以选择金属材料、焊接接头、热处理件等作为测试样品。

对于不同材料和工艺的测试样品，需要根据标准要求进行制备和处理，以保证测试的有效性。

4. 测试结果。

残余应力测试的结果通常以应力大小和分布图形式呈现。

通过对测试结果的分析，可以了解材料内部或表面的应力状态，为进一步的工艺改进和材料设计提供参考依据。

同时，测试结果也可以用于评估材料的质量和可靠性，对于产品的使用和维护具有重要意义。

5. 应用领域。

残余应力测试在航空航天、汽车制造、电子设备、建筑结构等领域都有着广泛的应用。

通过对材料残余应力的测试，可以有效地预防材料的疲劳破坏、断裂和变形，提高产品的使用寿命和安全性，对于保障工程质量和产品质量具有重要意义。

6. 结语。

残余应力的测试标准对于保证测试结果的准确性和可靠性至关重要。

通过遵循相关的测试标准和方法，可以得到准确的残余应力测试结果，为材料的设计和工艺改进提供科学依据。

残余应力测试方法残余应力是指材料或结构在受力作用后，未完全消除的应力。

残余应力的存在可能会对材料的性能和结构的稳定性产生影响，因此对残余应力进行测试和评估是非常重要的。

一、残余应力的形成原因1. 加工过程中的应力：在材料加工过程中，由于变形、切削或焊接等操作，会引入应力，这些应力可能会在材料中残留下来。

2. 热应力：材料在加热和冷却过程中，由于热胀冷缩不均匀，会产生热应力，这些应力也可能会残留下来。

3. 外部载荷：材料受到外部力的作用，如压力、拉力或弯曲力等，会导致材料产生应力，这些应力也可能会残留下来。

二、残余应力的测试方法1. X射线衍射法：通过测量材料中晶格的畸变程度来间接推测残余应力的大小和方向。

2. 中子衍射法：利用中子的衍射特性来分析材料中晶体的结构和应力状态。

3. 应变测量法：通过测量材料中的应变来推断残余应力的大小和分布。

4. 晶格畸变法：通过分析材料中晶格的畸变情况来评估残余应力。

5. 超声波法：利用超声波在材料中传播的速度和衰减情况来测量材料中的应力。

6. 磁性法：利用材料磁性的变化来分析残余应力的分布和大小。

7. 光学法：通过光学显微镜或偏光显微镜观察材料中的应力畸变情况。

8. 拉伸法：将材料进行拉伸测试，通过测量材料的应变和应力来计算残余应力。

三、残余应力测试的应用领域1. 金属材料：在金属材料的制备和加工过程中，残余应力会对材料的强度、韧性和疲劳寿命等性能产生影响，因此对金属材料中的残余应力进行测试是非常重要的。

2. 焊接结构：焊接过程中产生的残余应力可能会导致焊接接头的变形或裂纹，因此对焊接结构中的残余应力进行测试可以评估焊接接头的质量和可靠性。

3. 玻璃材料：玻璃材料在制备和加工过程中可能会产生残余应力，这些应力可能会导致玻璃材料的破裂或变形，因此对玻璃材料中的残余应力进行测试可以评估其稳定性和可靠性。

4. 复合材料：在复合材料的制备和加工过程中，残余应力可能会导致复合材料的层间剥离或破坏，因此对复合材料中的残余应力进行测试可以评估其性能和可靠性。

焊接结构残余应力分析摘要：焊接残余应力的存在，会直接影响到钢混结构的承载能力。

为了保证焊接结构的安全可靠，准确地推断焊接过程中的力学行为和残余应力是十分重要的。

对于焊接残余应力，以往多是采用切割、钻孔等试验测量方法，不但费时费力，而且受到许多条件的限制，结果数据误差也会很大。

关键词：焊接残余应力；有限元；对接焊缝一、焊接残余应力的概念焊接构件由焊接而产生的内应力称之为焊接应力，按作用时间可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。

焊接过程中，某一瞬时的焊接应力称之为焊接瞬时应力，它随时间而变化；焊后残留在焊件内的焊接应力称之为焊接残余应力。

焊接残余应力为热应力（主要为冷却应力），相变应力可再叠加其上。

在冷焊、扩散焊、滚轧敷层和爆炸敷层等情况下，冷加工作用力是残余应力的源泉，它可单独作用，也可能附加于上述热效应之上。

二、焊接残余应力产生的原因焊接过程是一个先局部加热，然后再冷却的过程。

焊件在焊接时产生的变形称为热变形，焊件冷却后产生的变形称为焊接残余变形，这时焊件中的应力称为焊接残余应力。

焊接应力包括沿焊缝长度方向的纵向焊接应力，垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。

焊接残余应力产生的主要原因是由焊接过程中不均匀加热所引起的。

焊接应力按其发生源来区分，有如下3种情况：（1）直接应力是进行不均匀加热和冷却的结果，它取决于加热和冷却时的温度梯度，是形成焊接残余应力的主要原因。

（2）间接应力是由焊前加工状况所造成的压力。

构件若经历过轧制或拉拔时，都会使之具有此类残余应力。

这种残余应力在某种场合下会叠加到焊接残余应力上去，而在焊后的变形过程中，往往也具有附加性的影响。

另外，焊件受外界约束产生的附加应力也属于此类应力。

（3）组织应力是由组织变化而产生的应力，也就是相变造成的比容变化而产生的应力。

它虽然因含碳量和材料其它成分不同而有异，但一般情况下，这种影响必须要加以考虑的是，发生相变的温度和平均冷却速度。

焊接残余应力测量焊接残余应力是指焊接后残留在焊缝和母材中的应力。

焊接是一种常用的金属连接方法，通过将两个或多个金属部件加热至熔点，使其熔化并在冷却过程中形成连接。

然而，在焊接过程中，由于热量的不均匀分布和不同材料的热膨胀系数差异等原因，会产生残余应力。

焊接残余应力对焊接接头的性能和寿命有重要影响。

高残余应力会导致焊接接头在使用过程中发生变形、开裂等问题，甚至造成焊接接头的破坏。

因此，准确测量和控制焊接残余应力对于确保焊接接头的质量至关重要。

测量焊接残余应力的方法主要有两种：非破坏性测量方法和破坏性测量方法。

非破坏性测量方法包括应变测量法、超声波法、磁性法和光学法等，这些方法可以在不破坏焊接接头的情况下进行应力测量。

破坏性测量方法主要是通过对焊接接头进行切割、拉伸、压缩等试验，然后通过测量变形和应力的变化来推断焊接残余应力。

应变测量法是一种常用的非破坏性测量方法。

该方法通过在焊接接头表面或母材上粘贴应变片，利用应变片的形变来计算残余应力。

应变片的粘贴位置应选择在焊缝附近，以获取最准确的应力测量结果。

应变测量法适用于各种类型的焊接接头，包括焊缝、角焊缝和对接焊缝等。

超声波法是另一种常用的非破坏性测量方法。

该方法通过利用超声波在材料中的传播速度和衰减来测量焊接接头中的应力。

超声波法可以测量焊接接头中的内部应力分布，对于大型和复杂结构的焊接接头尤为适用。

磁性法是一种基于磁性材料磁化特性的测量方法。

焊接接头中的残余应力会改变材料的磁性，通过测量磁性材料的磁场变化可以推断出焊接接头中的应力分布情况。

磁性法适用于各种类型的焊接接头，包括不锈钢、铝合金等。

光学法是一种通过测量焊接接头表面的位移和形变来推断残余应力的测量方法。

该方法可以使用光栅、激光干涉仪等设备进行测量，具有高精度和非接触的特点，适用于各种类型的焊接接头。

焊接残余应力的测量对于确保焊接接头的质量和安全至关重要。

选择合适的测量方法，并采取相应的措施来降低残余应力，可以有效提高焊接接头的性能和寿命。

焊接应力检测方法焊接应力检测方法主要分为两大类：非破坏性检测和破坏性检测。

1. 非破坏性检测方法：- 超声波检测：利用超声波的传播速度和反射特性检测焊接接头中的应力，常用于检测焊缝内部的缺陷和裂纹。

- 磁粉检测：利用涂有磁粉的表面检测剂，在施加外部磁场的情况下，观察磁粉是否被磁场吸引，以检测焊接接头的裂纹和缺陷。

- 声发射检测：通过检测焊接接头产生的声波信号，分析声波的特征来判断焊接接头的应力状态。

- 热成像检测：利用红外热像仪检测焊接接头表面的温度分布，进而推测焊接接头的应力情况。

2. 破坏性检测方法：- 拉伸试验：将焊接接头进行拉伸试验，通过测量其抗拉强度和伸长率等指标来评估焊接接头的应力情况。

- 冲击试验：将焊接接头进行冲击试验，通过测量其冲击韧性等指标来评估焊接接头的应力状态。

- 金相显微镜观察：对焊接接头进行金相试样制备，利用金相显微镜观察焊接接头的组织结构和裂纹情况，以判断焊接接头的应力状况。

需要注意的是，不同焊接材料和焊接方法可能需要采用不同的应力检测方法，具体选择何种方法需要根据具体的焊接情况和检测目的来决定。

除了上述提到的非破坏性和破坏性检测方法外，还有其他一些常用的焊接应力检测方法：3. X射线衍射法：通过测量焊接接头中的应力引起的晶格畸变，利用X射线衍射原理来检测焊接接头中的残余应力。

4. 电子背散射法：通过测量焊接接头中残余应力导致的电子背散射的强度变化，来评估焊接接头中的应力状态。

5. 针剂法：将特殊形状的针剂插入焊接接头内部，然后测量插入针剂的变形情况，来判断焊接接头的应力情况。

6. 应变计法：在焊接接头上粘贴应变计，通过测量应变计的变形来评估焊接接头中的应力状态。

7. 磁传导法：利用磁感应强度和磁导率的变化来检测焊接接头中的应力状态。

需要根据具体应用的要求选择合适的焊接应力检测方法，并结合实际情况进行综合分析和判断。

焊接残余应力的实验引言：焊接是一种常见的金属连接方法，但焊接过程会引入残余应力。

这些残余应力可能会对焊接件的性能和可靠性产生负面影响。

因此，研究和了解焊接残余应力的产生机制以及如何控制和减小这些应力对焊接工艺的优化至关重要。

本实验旨在通过模拟焊接过程，分析和测量焊接残余应力，并探索减小这些应力的方法。

一、实验目的本实验旨在：1. 研究焊接残余应力的产生机制；2. 分析残余应力对焊接件性能和可靠性的影响；3. 测量和评估焊接残余应力的大小和分布；4. 探索减小焊接残余应力的方法。

二、实验原理焊接残余应力的产生主要受到以下几个因素的影响：1. 热应力：焊接过程中，由于局部加热和冷却引起的温度梯度会导致材料的热膨胀和收缩，从而产生热应力。

2. 相变应力：焊接过程中，由于材料的相变（如固态到液态的相变）引起的体积变化会导致相变应力。

3. 形变应力：焊接过程中，由于材料的塑性变形引起的应力会产生形变应力。

三、实验步骤1. 准备焊接试样：选择合适的焊接材料和工艺参数，制备焊接试样。

2. 进行焊接过程模拟：使用焊接模拟设备，模拟焊接过程，控制温度和冷却速率。

3. 测量焊接残余应力：使用合适的测量方法，如杆件法、光栅法或应变计法，测量焊接试样上的残余应力。

4. 分析和评估结果：根据测量数据，分析焊接残余应力的大小和分布，并评估其对焊接件性能和可靠性的影响。

5. 探索减小焊接残余应力的方法：根据分析结果，探索减小焊接残余应力的方法，如优化焊接工艺参数、使用预热和后热处理等。

四、实验结果与讨论根据实验测量数据，得到焊接试样上残余应力的大小和分布情况。

根据分析结果，残余应力主要集中在焊接接头处。

这些残余应力可能会导致焊接件的变形、开裂和疲劳寿命下降等问题。

因此，减小焊接残余应力对于提高焊接件的性能和可靠性至关重要。

根据实验结果和分析，可以采取以下几种方法减小焊接残余应力：1. 优化焊接工艺参数：合理选择焊接电流、焊接速度和焊接角度等参数，以减小焊接过程中的热应力和形变应力。

焊接接头的应力松弛及残余应力分析焊接接头是工程中常见的连接方式之一，它通过熔化金属填充接头间隙，使接头部分形成一个整体，从而达到连接的目的。

然而，焊接过程中会产生应力，这些应力可能会导致接头的应力松弛和残余应力的产生。

本文将对焊接接头的应力松弛及残余应力进行分析。

一、焊接接头的应力松弛焊接接头的应力松弛是指焊接后接头内部的应力逐渐减小的过程。

焊接时，由于热量的作用，接头内部的金属会发生膨胀，形成应力。

随着焊接过程的结束，接头开始冷却，金属会收缩，从而产生应力松弛的现象。

应力松弛对焊接接头的影响是多方面的。

首先，应力松弛会导致接头的变形，使接头的尺寸和形状发生变化，从而影响接头的使用性能。

其次，应力松弛还可能导致接头的疲劳寿命降低，使接头容易发生疲劳断裂。

因此，在焊接接头的设计和制造过程中，应力松弛的控制是非常重要的。

二、焊接接头的残余应力焊接接头的残余应力是指焊接后接头内部仍存在的应力。

焊接过程中，由于金属的膨胀和收缩，接头内部会形成复杂的应力分布。

随着焊接过程的结束，金属冷却后，部分应力会被释放，但仍有一部分应力无法完全消除，形成残余应力。

残余应力对焊接接头的影响也是非常严重的。

首先，残余应力会导致接头的变形，使接头的尺寸和形状发生变化，从而影响接头的使用性能。

其次，残余应力还可能导致接头的开裂，使接头容易发生断裂。

三、焊接接头应力松弛和残余应力的分析方法为了准确分析焊接接头的应力松弛和残余应力，需要借助一些分析方法。

常用的方法包括有限元分析和试验分析。

有限元分析是一种数值计算方法，通过将接头划分为多个小单元，建立接头的数学模型，利用有限元法求解接头内部的应力分布。

这种方法可以较为准确地预测接头的应力松弛和残余应力。

试验分析是通过实验手段来分析接头的应力松弛和残余应力。

常用的试验方法包括应力松弛试验和残余应力测量试验。

应力松弛试验可以通过对焊接接头施加一定的载荷，观察接头的变形情况，从而分析应力松弛的程度。

破坏性测量焊接残余应力的方法及应用秦飞虎，刘勇，杨金，李强，赵太源，李亚军（中国石油集团济柴动力有限公司成都压缩机分公司，四川 成都 610100）[摘 要] 焊接是金属材料制作和安装的一道重要工序，焊接过程中由于热胀冷缩引起的残余应力对工件机械性能、腐蚀性能、尺寸加工精度及稳定性有较大影响。

本文介绍了盲孔法、剥层法和切条法三种破坏性测量焊接残余应力的基本原理和方法，简述了各种测量方法的发展概况及应用现状，对评估工程结构焊件综合性能具有重要意义。

[关键词] 焊接残余应力；测量方法；破坏性；应用现状作者简介：秦飞虎（1974—），男，四川人，本科，高级工程师，主要研究方向为压缩机设计制造及性能评估相关工作。

焊接残余应力及变形一直是世界各国焊接专家、学者关注的问题。

焊接残余应力是由于焊接冷却时焊缝和焊缝附近的钢材受到周边材料的约束，不能自由收缩而产生的内应力。

焊接残余应力可分为沿焊缝长度方向的纵向焊接应力、垂直于焊缝方向的横向残余应力和沿厚度方向的焊接应力[1]。

焊接残余应力可引起焊接结构件的变形，甚至发生断裂现象。

因此为了进一步了解焊接工程中的残余应力，对工程结构件综合性能评估具有重要意义。

目前，焊接残余应力的测量方法可分为非破坏性（无损测量法）和破坏性（有损测量法），非破坏性测量法中X 射线法应用最为广泛，但只能测量材料表层残余应力，不能真实地反映焊接工件内部的应力分布；磁性法只适用于铁磁材料，而超声波检测法还处于实验室阶段，都不利于普遍推广应用[2-4]。

破坏性测量方法虽然对工件有损伤，但能真实反映出残余应力的分布状况，本文就三种破坏性测量方法盲孔法、剥层法和切条法进行介绍，了解它们测量的基本原理和特点，对选择合适的测量方法评估焊接残余应力具有重要意义。

1 测量方法1.1 盲孔法盲孔法又称钻孔法或小孔法，属于典型的局部破坏性测定方法，是破坏性测量方法中应用最为广泛的方法。

盲孔法是在焊接应力场内任意点处钻一个小孔，该点的应力被释放，残余应力重新分布，利用应力应变关系式换算出材料在焊接过程中产生的残余应力[5,6]。

（三）焊接变形的基本形式（四）应力测量原理焊接残余应力的测定方法，按其原理可分为应力释放法，x射线法与磁性法等.其中以应力释放法应用较为普遍.而应力释放法又...：焊接残余应力的测定实验目的：1学习采用应力释放法测量焊接残余应力的原理，初步掌握测定接头中焊接残余应力的操作技能；2、加深对于焊接接头中焊接残余应力分布规律性的理解；3、了解焊接法对于残余应力的峰值及分布的影响。

实验原理:（一）钢板中间加热温度达塑性变形温度范围弹塑性炙形加热厘度虚室也隻形葩S!內菊遑旻拉应力中间凳压应力的妾际伸长（二）钢板中间加热温度在弹性变形温度范围弹更性麦形加榆谨度在更柱麦刑临禹内弹塑性支形加热爼皮扈更性支形范禹由暉性变形禅性吏形如热锻度盛弹桂龙形范囲内弾桂仲氐炽热显曼虚弹性复形葩S!内两直炎ik血力中同受圧应力驗娈际伸收（三）焊接变形的基本形式波浪变形弯曲变形波浪变形弯曲变形焊接残余应力的测定方法，按其原理可分为应力释放法，x射线法与磁性法等。

其中以应力释放法应用较为普遍。

而应力释放法又可分为小孔法（盲孔法）、套孔法与梳状切条法，其中又以小孔法对于接头的破坏性最小。

本实验采用小孔法测定在钢板上敷焊后的焊接残余应力。

下图表示一块钻有小孔的钢板，在钢板的应力场中钻出一个小孔(盲孔)以后，应力场原来的平衡状态将受到破坏，使小孔周围的应力分布发生改变，应力场产生新的平衡。

若测得钻孔前后小孔附近应变量的差值，就可以根据弹性力学理论推算出小孔处的内应力。

为了测得这种应变量的变化，在离小孔中心一定部位处贴上应变片，且诸应变片间保持一定角度。

分别测出钻孔前后各应变片的应变值。

便可按下式算出主应力的大小和方向。

其中:2或彳应2(1 +円亠斥+代尸二+尸2：苻 ~~r r- 2mm r 2= 4 mm R二1 ・ 5 mm分别为钉J拙方向应变量建值：H为梢松I；匕职0.25 ；E为材料鹅性模量取210 X 10 9 Pa实验器材:1交流电焊机：用于钢板的敷焊2 yj-22型静态电阻应变测量处理仪yj-22 型静态电阻应变测量处理仪是一种带有8 0 3 9单片微处理机的应变仪，配合yj-22 型转换箱可进行自动测量。

第1 页共 2页残余应力检测方法概述目前国际上普遍使用的残余应力检测方法种类十分繁多,为便于分类,人们往往根据测试过程中被测样品的破坏与否将测试方法分为:应力松弛法(样品将被破坏和无损检测法(样品不被破坏两类。

以下我们简单归纳了现阶段较为常用的一些残余应力检测方法。

一、常见的残余应力检测方法: 1. 应力松弛法 (1 盲孔法该方法最早由Mather 于1934年提出,其基本原理就是通过孔附近的应变变化,用弹性力学来分析小孔位置的应力,孔的位置和尺寸会影响最终的应力数值。

由于这类设备操作起来非常简单,近年来被广泛使用。

(2 切条法Ralakoutsky 在1888年提出了采用该方法测量材料的残余应力。

在使用这种方法时需要沿特定方向将试件切出一条,然后通过测量试件切割位置的应变来计算残余应力。

(3 剥层法该方法是通过物理或化学的方法去除试件的一层并测量其去除后的曲率,根据测定的试件表面曲率变化就能计算出残余应力。

该方法常用于形状简单的试件,且测试过程快捷。

2. 无损检测方法 (1 X 射线衍射法X 射线方法是根据测量试件的晶体面间距变化来确定试件的应变,进而通过弹性力学方程推导计算得到残余应力,目前最被广泛使用的是Machearauch 于1961提出的sin2ψ方法。

日本最早研制成功了基于该方法的X 射线残余应力分析仪,为该方法的推广做出了巨大的贡献。

(2 中子衍射法。

中子衍射方法的原理和X 射线方法本质上是一样的,都是根据材料的晶体面间距变化来求得应变,并根据弹性力学方程计算残余应力。

但中子散射能量更高,可以穿透的深度更大,当然中子衍射的成本也是最昂贵的。

(3 超声波法。

该方法的物理和实验依据是S.Oka 于1940年发现的声双折射现象,通过测定声折射所导致的声速和频谱变化反推出作用在试件上的应力。

试件的晶体颗粒及取向会影响数据的准确度,尽管超声波方法也属无损检测方法,但其仍需进一步完善。

残余应力测试报告1. 引言残余应力是物体在经历了外力作用后，消除外力作用后仍然存在的内部应力状态。

残余应力测试是一种评估材料或构件内部应力状况的方法，对于判断材料的工艺性能以及结构的可靠性具有重要意义。

本报告旨在对进行残余应力测试的方法、测试结果以及结论进行详细的描述。

2. 测试方法在本次残余应力测试中，我们使用了非破坏性测试方法进行测试，具体测试方法如下：1.X射线衍射法：X射线衍射法是一种常用的测试方法，可通过测量材料中的晶体结构来估计残余应力的大小和分布。

在测试中，我们使用了X射线衍射仪对待测试材料进行扫描，并分析衍射图谱来获得残余应力的信息。

2.中子衍射法：中子衍射法与X射线衍射法相似，但使用的是中子束而不是X射线束。

中子具有与材料发生相互作用时不同于X射线的特性，因此中子衍射法可以提供不同的测试结果。

我们在本次测试中也使用了中子衍射法来对测试样品进行分析。

3.光栅法：光栅法是一种基于光学原理的残余应力测试方法。

通过测量材料表面反射光的偏移来获得残余应力的信息。

在测试中，我们使用了专用的光栅仪器来对测试样品进行测试。

3. 测试结果经过以上测试方法的应用，我们获得了如下的测试结果：1.X射线衍射法：通过X射线衍射仪对样品进行测试后，我们得到了样品不同区域的衍射图谱。

进一步分析衍射图谱，我们获得了样品中的残余应力分布情况。

测试结果显示，在样品的表面以及深入一定厚度的地方都存在着不同程度的残余应力。

2.中子衍射法：使用中子衍射仪器对样品进行测试后，我们得到了样品的中子衍射图谱。

通过分析图谱，我们发现样品的不同位置存在着不同的残余应力大小。

尤其是在样品的焊接处以及表面附近的区域，残余应力较高。

3.光栅法：通过光栅仪器对样品进行测试，我们观察到样品表面的光栅条纹发生了偏移。

根据光栅条纹的偏移情况，我们可以推测样品的残余应力分布情况。

测试结果显示，在样品的边缘处以及焊接部位都存在着较大的残余应力。

4. 结论根据以上测试结果，我们得出了以下的结论：1.测试样品在进行加工和焊接过程中产生了残余应力，并且这些残余应力在不同区域存在着差异。