鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力檢測的5種檢測方法
更新時(shí)間：2021-04-10 17:51
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殘余應(yīng)力是造成鋼結(jié)構(gòu)疲勞、斷裂的重要因素，因此有效評價(jià)應(yīng)力變形狀態(tài)對于特種設(shè)備關(guān)鍵部件的早期失效預(yù)測十分有必要。對鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行殘余應(yīng)力的檢測方法根據(jù)其物理原理的不同可分為電學(xué)檢測方法、磁學(xué)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。接下來小編就簡單的為大家介紹一下這幾種方法。
1 電學(xué)檢測
常用于鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力檢測的電學(xué)檢測有電阻式應(yīng)變檢測法和振弦式應(yīng)變檢測法。
（1）電阻式應(yīng)變檢測法
工作原理：金屬絲的電阻應(yīng)變效應(yīng)即金屬絲電阻隨機(jī)械變形而改變的物理現(xiàn)象，其在不同方向的外力作用下，所產(chǎn)生的變形量不同。
優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低、技術(shù)成熟、檢測精度高、適用于動態(tài)應(yīng)力監(jiān)測；
缺點(diǎn)：應(yīng)變片需要粘貼，不能長期使用，檢測靜態(tài)應(yīng)變和殘余應(yīng)力時(shí)需要與鉆孔法或壓痕法配合，屬于有損檢測方法。
實(shí)際應(yīng)用：電阻式應(yīng)變檢測的應(yīng)用范圍很廣，如管道鋪設(shè)過程應(yīng)力監(jiān)測、起重機(jī)應(yīng)力監(jiān)測，鐵軌參與應(yīng)力檢測，海上采油平臺樁管動應(yīng)力監(jiān)測等。
（2）振弦式應(yīng)變檢測法
工作原理：在結(jié)構(gòu)受力之前，在所測結(jié)構(gòu)上粘貼或用其他方式固定鋼弦式表面應(yīng)變計(jì)。在結(jié)構(gòu)受力后，表面應(yīng)變計(jì)內(nèi)置鋼弦的頻率會發(fā)生變化，通過測量頻率的變化，并由標(biāo)定的應(yīng)變-頻率回歸曲線，計(jì)算出所測結(jié)構(gòu)物在作用力下的應(yīng)變。
優(yōu)點(diǎn)：高精度，高靈敏度、防水性能好、耐腐蝕、長期穩(wěn)定性好、適合于動態(tài)應(yīng)力監(jiān)測。
缺點(diǎn)：鋼弦式表面應(yīng)變計(jì)的安裝不太方便，且只能檢測應(yīng)力的變化量。
應(yīng)用：可廣泛應(yīng)用于地鐵基坑圍護(hù)結(jié)構(gòu)鋼支撐的應(yīng)力監(jiān)測、連續(xù)鋼構(gòu)橋不對稱懸臂施工應(yīng)力監(jiān)測、船舶應(yīng)力監(jiān)測等。
2 磁學(xué)檢測方法
常用于鋼結(jié)構(gòu)殘余應(yīng)力檢測的磁學(xué)檢測方法有磁應(yīng)變法、磁聲發(fā)射法和金屬磁記憶法。
（1）磁應(yīng)變法
工作原理：利用鐵磁性物體的逆磁致伸縮效應(yīng)，在無應(yīng)力作用時(shí)，可認(rèn)為是磁的各向同性體，當(dāng)發(fā)生彈性變形時(shí)，則產(chǎn)生磁各向異性，即各個(gè)方向的磁導(dǎo)率的變化來反映應(yīng)力的變化。
優(yōu)點(diǎn)：方便、簡單、快速、準(zhǔn)確
缺點(diǎn):只能用于檢測鐵磁性材料
應(yīng)用：油井套管應(yīng)力檢測、鋼結(jié)構(gòu)橋梁的焊接殘余應(yīng)力檢測等
（2）金屬磁記憶檢測
工作原理：鋼結(jié)構(gòu)由于疲勞和蠕變而產(chǎn)生的微裂紋會在缺陷處出現(xiàn)應(yīng)力集中，由于鐵磁性材料存在磁機(jī)械效應(yīng)，故其表面上的磁場分布與部件應(yīng)力載荷有一定的對應(yīng)關(guān)系，可通過檢測部件表面的磁場分布狀況間接的對構(gòu)件的缺陷和應(yīng)力集中部位進(jìn)行診斷。
優(yōu)點(diǎn)：與其他磁學(xué)檢測方法相比，金屬磁記憶檢測不需要磁化，不需要對材料進(jìn)行表面處理，設(shè)備輕便
缺點(diǎn)：只能用于檢測鐵磁性材料，通常只能實(shí)現(xiàn)定性檢測，需與其它方法配合后才能完成定量檢測
應(yīng)用：鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測、焊縫質(zhì)量評價(jià)、壓力容器對接焊縫應(yīng)力檢測。
（3） 磁聲發(fā)射法
磁聲發(fā)射是一種用磁場作為激勵、利用聲信號完成應(yīng)力檢測的方法。鐵磁性材料內(nèi)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(chǎn)生磁疇的突然運(yùn)動和磁化矢量的轉(zhuǎn)動，從而以應(yīng)力波的形式向周圍傳播，產(chǎn)生聲發(fā)射現(xiàn)象。這種方法可應(yīng)用于焊接及熱處理后的應(yīng)力檢測、鋼鐵構(gòu)件使用過程中應(yīng)力變化的監(jiān)測、鉆桿殘余應(yīng)力檢測等。
3、脈沖渦流檢測法
工作原理：鋼結(jié)構(gòu)在某一方向受力產(chǎn)生變形時(shí)，其長、寬厚度會發(fā)生變化，從而使其電阻率發(fā)生相應(yīng)的變化（壓阻效應(yīng)），導(dǎo)致渦流分布和磁場發(fā)生變化。通過測量瞬態(tài)輸出電壓信號的變化大小，就可以得到鋼結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)的狀態(tài)信息。
優(yōu)點(diǎn)：脈沖渦流檢測應(yīng)力具有方便、快速、準(zhǔn)確等優(yōu)點(diǎn)。材料的壓阻效應(yīng)使得脈沖渦流檢測方法在殘余應(yīng)力評估方面有巨大優(yōu)勢。
缺點(diǎn)：只能測出電導(dǎo)率和磁導(dǎo)率的乘積，兩者的影響有待分離，目前研究主要對非鐵磁性的導(dǎo)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(nèi)應(yīng)力時(shí)，必然存在內(nèi)應(yīng)變與之對應(yīng)，導(dǎo)致其內(nèi)部晶面間距發(fā)生變化，以及X射線衍射譜線產(chǎn)生位移。通過分析衍射峰位置的變化，根據(jù)彈性力學(xué)原理，就可以測量出材料中內(nèi)應(yīng)力大小及方向。
優(yōu)點(diǎn)：能測量出絕對殘余應(yīng)力，精度較高，可達(dá)到10Mpa;
缺點(diǎn)：設(shè)備價(jià)格昂貴，操作復(fù)雜，受材料晶粒度影響較大，對材料表面狀況要求嚴(yán)格；只能檢測表面應(yīng)力，在測內(nèi)部應(yīng)力時(shí)必須剝層
應(yīng)用：體育館等建筑的鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力檢測、航空發(fā)動機(jī)葉片參與應(yīng)力監(jiān)測。
5、超聲檢測
工作原理：超聲波可穿透物體，且其聲彈效應(yīng)主要取決于材料內(nèi)部的應(yīng)變大小，因此可利用超聲波的聲彈常數(shù)與應(yīng)力之間的特定關(guān)系來檢測材料的殘余應(yīng)力
優(yōu)點(diǎn)：使用靈活、無破壞、成本低，檢測深度較深
缺點(diǎn)：需使用耦合劑、檢測精度有限，對形狀復(fù)雜、小而薄、不均勻材料檢測困難
應(yīng)用：鋼結(jié)構(gòu)表面應(yīng)力檢測，電力機(jī)緊固件裝配應(yīng)力檢測，冷軋輥應(yīng)力檢測等
隨著無損檢測技術(shù)的不斷發(fā)展，聲發(fā)射、紅外熱成像、光纖傳感、電子散斑干涉、激光超聲檢測及裂紋柔度法等其他無損檢測方法在鋼結(jié)構(gòu)的應(yīng)力檢測中的應(yīng)用也越來越廣泛。隨著無損檢測技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，將會有更多的檢測方式出現(xiàn)，使得殘余應(yīng)力檢測的精度和自動化水平進(jìn)一步提高。
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