法國MRX X射線殘余應(yīng)力分析六軸機(jī)器人

針對EH550 鋼 T 型接頭焊接殘余應(yīng)力檢測流程報告

焊接試驗(yàn)完成后，通過 X 射線衍射法測試接頭的殘余應(yīng)力，以驗(yàn)證有限元結(jié)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(qū)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(diǎn)和焊縫要有一定的距離（如圖 1 所示），而此處的殘余應(yīng)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(guān)文獻(xiàn)，厚板 T 型接頭的下表面存在較大的殘余應(yīng)力。考慮上述情況，測試下表面的殘余應(yīng)力是一種可行且具有參考價值的方案，因此，殘余應(yīng)力測試以底板下表面為主，底板上表面為輔。下表面測試點(diǎn)的位置分布如圖 2 所示，測試點(diǎn)所在的直線位于接頭中部，殘余應(yīng)力相對穩(wěn)定，考慮到殘余應(yīng)力的分布梯度，①、②和⑤號測試點(diǎn)之間間距較小，其他測試點(diǎn)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(yīng)力測試

圖 2 接頭下表面殘余應(yīng)力測試方案

圖 3 接頭上表面殘余應(yīng)力測試方案

1 、 測試準(zhǔn)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(yīng)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(yīng)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(biāo)記測試點(diǎn)位置，為下一步的電化學(xué)腐蝕定位。

圖 4 砂紙打磨表面

為消除打磨過程產(chǎn)生的附加應(yīng)力，得到較為真實(shí)的焊接殘余應(yīng)力，采用電解拋光的方式對接頭表面進(jìn)行處理，使用的設(shè)備為：邁勝MP3020D 直流穩(wěn)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(fù)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(diǎn)電解時間保持在 4 分鐘上下，以保證所有測試點(diǎn)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(shè)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(jié)果

電解拋光后可以正式進(jìn)行殘余應(yīng)力測試，試驗(yàn)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(tǒng)，如圖7 所示。

圖 7 X 射線衍射儀及激光定位系統(tǒng)

將 T 型接頭下表面朝上平放，調(diào)節(jié) X 射線角度，使得光線交點(diǎn)與標(biāo)記點(diǎn)重合，進(jìn)行殘余應(yīng)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(diǎn)，通過探頭攝像頭確認(rèn)光線交點(diǎn)的位置，進(jìn)而測試其他區(qū)域的殘余應(yīng)力。

圖 8 殘余應(yīng)力測試過程

殘余應(yīng)力測試結(jié)果如表 1 所示，括號內(nèi)代表直線擬合結(jié)果，其余數(shù)值代表橢圓擬合結(jié)果。

測試完成后，為探究拋光深度對殘余應(yīng)力測試結(jié)果的影響，再次對⑤號和⑧號測試點(diǎn)進(jìn)行電解拋光，拋光時間為 2 分鐘，之后再次測試殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力結(jié)果如表 2 所示，括號內(nèi)代表直線擬合結(jié)果。

2023 年 6 月

來源： 寧波經(jīng)略海洋科技