3-73 铍及不锈钢环形焊件残余应力测试

陈勇忠 柏朝茂 董 平

　　残余应力是材料及其制品内部存在的一种内应力。在焊接过程中产生的残余应力对焊接结构的脆性断裂、疲劳断裂、失稳破坏及应力腐蚀破坏均有很大的影响，因此测定结构件焊缝区域中残余应力的大小和分布是分析和预测结构件使用性能和安全寿命的重要方法之一。

　　采用Modified－y X射线法测试了铍环形焊件及HR–1不锈钢环形焊件热影响区和基体材料中的残余应力。对电子束焊接的铍环其焊缝附近外表面为拉应力，内表面为压应力；而对于HR–1不锈钢环其焊缝附近的切向应力接近材料的屈服强度。铍作为一种低原子序数的材料，它对X射线吸收能力很弱，

图 1 距焊缝3mm处轴向应力s _z与切向应力s _t沿层深H的分布

　　采用Modified－y X射线法时，测量深度为毫米量级。由于X射线的吸收效应赋予应力测量值以加权平均的意义，因此反映不出表层的应力分布情况。为此，在Modified－y 法衍射几何的基础上，在铍环形焊件的应力测试中引入了多波长法。同时为了验证多波长法的测试结果，根据焊件的实际焊接工艺采用有限元法对铍焊件的应力分布情况进行了计算。对编号为f 80–2的铍环形焊件，在距焊缝3mm处由多波长法得到的表面应力及在穿透深度范围内应力随层深的分布公式为

　　轴向
切向

　　　　s _Z(Z)、s _t(Z)的单位为MPa，Z的单位为mm。令上两式中，即可得到距焊缝3mm处，铍环表面的轴向应力为341.68MPa，切向应力为121.02MPa；而有限元法的计算结果为：轴向应力310.85MPa，切向应力98.71MPa。两者的吻合程度较好。图1分别示出了距焊缝3mm处，有限元法与多波长法计算出的铍环形焊件中残余应力随层深的分布情况，可以看出有限元法与多波长法得出的应力随层深的分布趋势是相同的。图2则分别表示出了两种方法计算出的铍环表面轴向应力与切向应力沿轴向的分布情况，由图中可以看出两种方法所计算出的表面应力沿轴向的分布趋势一致。