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鋼結構殘餘應力檢測的各檢測方法
更新時(shí)間:2021-04-10 17:51
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殘餘(yú)應力(lì)是造成鋼結構疲勞、斷裂的重要因素,因此有效評價(jià)應力變形狀態對於特(tè)種設備關鍵部件的早期失效(xiào)預測(cè)十分(fèn)有必要。對鋼結構進行殘餘應力的檢測方法根(gēn)據其物理原理的不同可分為電學檢測方法、磁學檢測方法、渦流檢測方法、射線檢測方法和超聲檢測方法等幾類。接下(xià)來小編就(jiù)簡單的為大家介紹一下這幾種方法。

 

 1 電學檢測

 常用於(yú)鋼結構殘餘(yú)應力檢測的電學檢測有(yǒu)電阻式應變檢(jiǎn)測法和振弦式(shì)應變檢測法。

(1)電阻式應變檢測法

 工作原理:金屬絲的電阻應變效應即金屬絲電阻隨機械變形而改變(biàn)的物理現象,其在不同方向的外力(lì)作用下,所產生的變形量不同。

優點:結構簡單、成本低、技術成熟、檢測精度(dù)高、適用於動態應力監(jiān)測;

缺點:應變(biàn)片(piàn)需要粘貼(tiē),不能長期使用,檢測靜態應變(biàn)和殘餘應力時需要與鑽孔法或壓痕法配合,屬於(yú)有損檢測方法。

 實際應用:電(diàn)阻式應變檢測的應用範圍很廣,如管道鋪設過程應力監測、起重機應力監測,鐵軌參與應力檢(jiǎn)測,海上采油平台樁管動應力監測等。

 

(2)振弦式應變檢測法

 工作原理:在結構受力之前,在所測結構上粘貼或用(yòng)其(qí)他方式固定鋼弦(xián)式表麵應(yīng)變計。在結構受(shòu)力後(hòu),表(biǎo)麵應變計內置鋼弦的頻率會發生變化,通過測量頻率的變化,並由(yóu)標定的應變-頻率回歸曲線(xiàn),計算(suàn)出所測結構物在作用力下的應變。

 優點:高精度,高靈敏(mǐn)度、防水(shuǐ)性能好、耐腐蝕、長期穩定性好、適合於動態(tài)應力監測。

 缺點:鋼弦式(shì)表(biǎo)麵應變(biàn)計的(de)安裝不太(tài)方便,且(qiě)隻能檢測應力的變(biàn)化量。

應用(yòng):可廣(guǎng)泛應用於地鐵基坑圍護結構鋼支撐的(de)應力監測(cè)、連續鋼構橋不(bú)對稱懸(xuán)臂施工(gōng)應力監測、船(chuán)舶應力(lì)監測等。

 

2 磁(cí)學檢測方(fāng)法

 常用於鋼結構殘餘應力檢測的磁學(xué)檢測方法有磁(cí)應變法(fǎ)、磁聲發射法和金屬磁記憶法。

(1)磁應變法

 工作原理(lǐ):利用鐵磁性物體(tǐ)的逆(nì)磁致伸縮效(xiào)應(yīng),在無應力作用時,可認為是磁(cí)的各向同性體,當發生彈性變形時,則產生磁各(gè)向異性,即各個(gè)方向的磁導率的變化來反映應力的變化。

 優點:方(fāng)便、簡(jiǎn)單(dān)、快速、準確(què)

缺點:隻能用於檢測鐵磁性材料

 應用:油井套管應力檢測、鋼結構橋梁的焊接殘餘(yú)應力檢測等

 

(2)金屬磁記憶檢測

 工作原理:鋼結構由於疲(pí)勞和蠕變而產(chǎn)生的微裂紋會在缺陷處出現應力(lì)集(jí)中(zhōng),由於(yú)鐵磁性材料存在磁機械效(xiào)應,故其表麵(miàn)上(shàng)的磁場分布與部件應(yīng)力載荷(hé)有一定的(de)對應(yīng)關係(xì),可通過檢測部件表麵的磁場分布狀況間接的對構件的缺陷和應(yīng)力(lì)集中部位進行診斷。

 優點:與其(qí)他磁學檢(jiǎn)測方法相比,金屬磁記憶檢測不需要磁化,不需要對材料進行(háng)表麵處理,設備輕便

 缺點:隻能用於檢測鐵(tiě)磁性(xìng)材料,通(tōng)常隻能實現(xiàn)定性檢(jiǎn)測,需與其它方法配合後才能完成(chéng)定量(liàng)檢測

 應用:鋼結構應(yīng)力檢測、焊(hàn)縫質(zhì)量評價、壓力容器對接焊縫應力檢測(cè)。

 

(3) 磁(cí)聲(shēng)發射法

磁聲發(fā)射是一種用磁場作(zuò)為(wéi)激勵、利用聲(shēng)信號完成應力檢測的方法。鐵磁性材料內存在磁矩方向的各向異性的磁疇,各磁疇之間由疇壁相互分開,在外部磁場的作用下將產生磁疇的突(tū)然(rán)運動和(hé)磁化(huà)矢量的轉動,從而(ér)以應力波的形式向(xiàng)周圍傳播,產生聲發射現象。這種方法可應用於焊接及熱處理後的應力檢測、鋼鐵構(gòu)件使用過程中應力變化的監測、鑽杆殘餘應力(lì)檢測等。

 

3、脈衝渦流檢測法

 工作(zuò)原(yuán)理:鋼結構在某一方向受(shòu)力產生變形時,其長、寬厚度會發生變化,從而使其電阻率發生(shēng)相(xiàng)應(yīng)的變化(huà)(壓(yā)阻效應),導致渦流(liú)分布和磁場發(fā)生變化。通(tōng)過測(cè)量瞬態輸出電壓信號的變化(huà)大小,就(jiù)可以得到鋼結構(gòu)相關參數的狀態信息(xī)。

 優點:脈衝渦流檢(jiǎn)測應力具有方(fāng)便、快速、準確等優點。材料的壓阻效應使得脈衝渦流檢測方法(fǎ)在殘餘應力評(píng)估方麵有巨大優勢。

缺點:隻能(néng)測出電導率和磁導率的乘積,兩者的影響有待分離,目前(qián)研究主要(yào)對非鐵磁性的導電材料(鋁合金等)

 

4、X射線衍射法

 

工作原理:當(dāng)多晶材料中存在內應力時,必然存在內應變與之對應,導致其內部晶麵間距發生變化,以及X射線衍(yǎn)射譜線(xiàn)產生位移。通過分析衍射峰位置的(de)變化,根據彈性力學原理,就可以測量(liàng)出材(cái)料中內應力大小(xiǎo)及方向。

 優點:能測量出絕對殘餘(yú)應力,精(jīng)度(dù)較高,可達到10Mpa;

缺點:設備價格昂貴,操作複雜,受材料晶粒度影(yǐng)響較大,對材料表麵狀況要求嚴格;隻能(néng)檢測表麵應力,在測內部應力時(shí)必須剝層

 應(yīng)用:體育館等建築的鋼結構應力(lì)檢(jiǎn)測、航空發動機葉片參與應力監測(cè)。

 

5、超聲檢測

 

工作原理:超(chāo)聲波可穿(chuān)透物體,且其聲彈效應(yīng)主要取決於材(cái)料內部的應變大小,因(yīn)此可利用超(chāo)聲波的(de)聲彈常數與應力之(zhī)間的特定關係來檢測(cè)材料的殘餘應力

 優點:使(shǐ)用靈活、無破壞、成本低,檢測深度較深

 缺點:需(xū)使用(yòng)耦合劑、檢(jiǎn)測精度有限,對形狀複雜、小而薄、不均勻材(cái)料檢測困難

 應用:鋼結構表麵應力(lì)檢測,電力機緊固件裝配應力檢測,冷軋輥應力檢測等

隨著無損檢測技術(shù)的不斷發展,聲發(fā)射、紅外熱成像(xiàng)、光纖傳感、電子散斑幹涉、激光超聲檢測及裂紋柔度法等其他無(wú)損檢測方(fāng)法(fǎ)在鋼結構的應力檢測(cè)中的應用也越來越廣(guǎng)泛。隨著無(wú)損檢測技術(shù)的進一步(bù)發展,將會有更多的檢測方式出現,使得殘餘應力檢測的精度和自動化水平進一步提高。

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