1、1实验二 焊接残余应力的测定第一部分 盲孔法测定焊接残余应力1. 实验目的（1）掌握盲孔法测定焊接接头中的焊接残余应力的方法；（2）加深对平板对接接头中焊接残余应力分布规律性的认识。2. 实验装置及材料（1）盲孔法应力测定钻孔装 （ZDLII） 1 套；（2）数字式电阻应变仪（WS-3811 ） 1 台； （4）数字万用表 1 个；（5）焊板 16Mn 500mm260mm8mm 2 块；（6）应变花 纸基 TJ1201.5 1.5 9 片；（7）钻头 1.5mm 1 根；（8）100 #砂布、丙酮、502 胶水、直尺、划针、导线、锡焊工具等。3. 实验原理工件经焊接加工后，其内部存在着残余应
2、力场。在应力场内任意处钻一个一定直径和深度的盲孔后，随该处金属的去除，其中的残余应力即被释放，应力场原有的平衡亦受到破坏，这时盲孔周围的应力将重新分布，应力场达到新的平衡。盲孔周围的应变，其大小与被释放的应力是相对应的。测出这种应变，根据弹性力学理论便可推算出盲孔处的内应力。如果钻孔前应变片粘贴在孔的周围如图 6-4 所示，钻孔后应变片即可感受到释放应变。测出钻孔前、后各应变片的应变值，便可按下式算出主应力 1、 2 及纵向应力 X 的大小及主应力的方向。图 6-4 盲孔法测内应力布片示意图（公式）式中 A、B 为应变释放系数，需进行标定实验来确定其数值。用盲孔法测焊接残余应力时，A、B 的值
3、与孔径、孔深、孔与孔的相对位置、应变片尺寸以及被焊材料种类等有关。经标定，本实验的 A、B 值为：（A、B 值）4. 实验内容及步骤2（1）实验准备用砂布打磨试板上待测部位表面，然后用丙酮除去试板表面油污。 对待用的应变片进行外观检查；用数字万用表测量其阻值，要求每片应变花上的三个应变片的阻值差 0.1。按图 6-5 用划针划线，定出钻孔和贴片的位置。1234567893030303030303030图 6-5 钻孔位置图将应变片待贴面用除油污，再滴上少许 502 胶水，涂匀，稍晾片刻后将应变片贴于试件待测点位置。用数字万用表检查应变片的粘贴质量，要求应变花的引线与试板间的绝缘电阻 200。（
4、2）应变测量 将试件上各应变花分组接入电阻应变仪回路。 调节电阻应变仪，将各应变花的初始应变读数 A、 B、 C 均调至 0 值。 将钻孔装置通过放大镜与测点粗对中；再用 502 胶水将其底座固定在试件上；而后精确对中测试点；再将放大镜换为钻具进行钻孔，钻孔深度 h 应大于 2mm，钻速 400转/min。 停钻后每隔 3 min 记录一次 A、 B、 C 值，直到相邻两次读数相差 1或相同时，以最末两次读数的平均值作为实验数据，进行记录。 更换测试点，重复实验步骤 34 。5. 实验数据整理及结果分析（1）实验数据整理 将实验测量出的各测点的应变量填入表 6-4 中。 按式 6.4、式 6.
5、5、式 6.6、式 6.7 计算各测点的焊接残余应力 1、 2 及其方向值、纵向残余应力 X 值，填入表 6-4 中。表 6-4 应变量及残余应力数据1 2 3 4 5 6 7 8 9A ()B ()测点数据3C ()1 (MPa)2 (MPa)X(MPa) 根据计算出的焊接纵向残余应力 X 值，在直角坐标系中绘出焊接接头的纵向残余应力沿板宽分布的曲线。（2）实验结果分析对实验所得的焊接接头纵向残余应力 X 沿板宽分布的曲线进行分析与讨论。6. 思考题实验所得的焊接纵向残余应力曲线是否符合规律？如不符合，试分析原因。第二部分 焊接残余应力的磁应变法测定1.实验目的（1）了解 CCYL98 型磁
6、应变仪基本结构和工作原理；（2）掌握 CCYL98 型磁应变仪的使用方法；（3）加深对焊接残余应力分布规律性的理解。2.实验装置及材料（1）磁应变仪 （CCYL98 型） 1 套；（2）计算机 1 台；（3）焊接接头试板 1 块；（4）丙酮、药棉、 若干。3 实验原理磁应变法是一种利用铁磁材料的磁致伸缩效应原理无损地检测铁磁材料应力的方法，通过测定铁磁材料磁导率的变化来反映其应力的变化。CCYL98 型磁应变仪的基本原理是通过传感器（探头）和一定的电路将铁磁材料磁导率的变化转变为电流量的变化，建立应力和电流值的函数关系，通过测量电流来确定应力。磁导率的变化与应力之间存在线性关系：(6.8)式中
7、 0初始磁致伸缩系数；0、 材料没有应力与有应力时的磁导率； 0-磁导率的变化；材料的应力；/磁应变。若 0、 0为常数，则磁应变与应力成正比，这也是虎克定律的一种形式。式(6.8) 体现在CCYL-98 型应力仪中即为应力差与电流差成正比，其表达公式为：(6.9)4式中 为灵敏度系数，单位为 mA/MPa,视不同型号探头和被测材料，由标定试验确定，一般结构钢可采用仪器给出的推荐值。1最大主应力，单位为 MPa2最小主应力，单位为 MPaI1最大主应力方向电流输出值，单位为 mAI2最小主应力方向电流输出值，单位为 mA主应力方向未知时，可通过公式（6.10）确定主应力方向角及主应力差：(6.
8、10),(90451If(6.11),12f式中 最大主应力方向与 X 轴的夹角0，45，90 三个测量方向的测量电流值（ mA）。9045,I已知各点的主应力差和主方向角，任一点 P 的应力分量可用切应力差法求得。(6.12)dxypxpx0)(6.13)2cos()(21pppxpy (6.14)in)(21ppxy式中 为边界点的已知应力值，对自由边界 。0x0x4.实验内容及步骤（1）清理待测焊接接头试样的表面；（2）根据需要确定测量点数，并用画线笔画出测点位置； （3）将计算机与磁测应力仪主机连线；（4）应力测量启动计算机，进入 DOS 系统，打开 MSIBJB1 测量程序。进入采集
9、界面后，按屏幕下提示进行操作。移动光标，进入“建立坐标”窗口栏，建立测点坐标，；进入 “测试”窗口栏，输入电导率，和输入相对导磁率； 移动光标至“采样电流数据”栏，按 Enter 键，出现采样测点坐标图；输入激励电流设定值（括号内的值）。激励电流设定值应取标定值，一般钢材亦可取 140-160A；仪器输出电流调零：将测量探头、补偿探头同时空置，打开磁测应力仪主机电源开关，待激励电流括号内的值（设定值）与括号外的值（实际值）一致时，按调节仪器主机面板上“激励”/“ 测量”键，旋转“调零”旋钮，使输出电流值为零（；测点电流采集：按调节仪器主机面板上“激励”/“测量” 键，使其处于 “测量” 状态，
10、将界面上光标移至测点 1；将测量探头置于焊板上测点 1 位置，将补偿探头置于一块与焊板同材质的无应力钢板上。5将测量探头定位标记置于测点 1 的 0o 方向，待屏幕下输出电流值稳定不变时，按数字“1” ，保存测点 0o 方向电流数据；同样分别在测点 1 的 45 o、90 o 方向进行测量，分别按下数字“2”、“3”，保存 45 o、90 o 测点电流数据。其他测点的测量方法相同。（5）计算平均应力及分布应力进入数据处理窗口；赋初始应力，即焊板边缘自由边界应力 x、 x 设为 0； 计算平均应力，计算分布应力；显示 X、Y、Z 方向应力的分布曲线；（6）存取数据进入存取界面，保存数据；（7）打印结果进入微打界面，打印结果。6.实验数据整理及结果分析实验误差分析。
