管焊缝残余应力的工程应用

管焊缝残余应力分布在我国“西气东输”工程中，为提高输气速度与输气量，须提高输送压力。然而由于管道焊缝残余应力的影响，压力提高后，焊缝附近很容易因残余拉应力而出现裂纹，进而导致爆管事故。

利用残余应力超声检测与校准系统，对新疆克拉玛依“西气东输”管道焊缝残余应力进行现场检测，评估其危险区域，如图14所示，该管道材料为X70钢，焊接工艺为手工电弧焊。为了说明评估结果的准确性，将危险段切下进行打压爆管试验，结果如图15所示，爆破处与评估得出的危险区域基本相符。

2 平板焊缝残余应力分布

焊接残余应力的分布不均，会导致车辆在服役过程中重要部位会发生弯曲变形，甚至产生裂纹，最终开裂。利用该装置先后对内蒙古一机集团和北方重工集团的车辆焊缝及母材的残余应力进行了超声无损检测适应性研究，如图16所示。该材料为685钢，焊接工艺为氩弧焊。

17是针对其中一条焊缝的检测结果，是焊缝两侧区域残余应力声时差分布情况，与理论应力状态相符。

3 轴类零件残余应力分布

车辆扭力轴为承力部件，容易失效。如果在加工制造过程中，扭力轴产生较大残余拉应力，则会加快扭力轴的疲劳断裂。因此，需要在使用前对扭力轴的残余应力进行评估。试验针对某一型号的扭力轴，沿着扭力轴0°，90°，180°和270°四条母线方向，每移动50mm进行一次超声残余应力检测，将数据绘制成应力云图如图18所示。从图中可看出，扭力轴整体应力为残余压应力，局部地区有50MPa左右的拉应力。

4 管类内壁残余应力分布

通常身管内壁要人为产生自紧应力层，但是，往往由于自紧应力层应力分布不均会引起弯曲变形。无损地检测出身管自紧应力分布状况并及时采取修正措施，可以提高管类构件的生产质量和使用寿命。图19为试验研究结果，这是国际上首次检测到身管内部的残余应力分布状态，与实际结果吻合。

5 螺栓轴向应力分布

利用超声波横纵波探头，对3种不同材料(奥氏体不锈钢、低碳钢、碳钢)的螺栓进行轴向应力检测，如图20(a)所示，应力加载试验在拉伸机上进行。试验前，将螺帽处铣削平整，保证横纵波探头与螺栓良好接触，达到理想耦合效果。图20(b)为奥氏体不锈钢螺栓的加载应力与超声波检测对比图，试验结果表明，检测平均误差在10%以内。

6 涂覆层下残余应力分布

对于含有较薄防腐层的构件，超声波可以渗透防腐层，对构件涂覆层下的残余应力进行检测。图21是对涂有漆膜的铝合金试件进行残余应力超声检测的现场。试验表明，利用超声波法，铝板涂覆层下的表面应力分布可以较好的检测出来，但是对于漆膜内部以及漆膜与铝板之间的粘接层应力大小还无法检测。

7 玻璃与陶瓷残余应力分布

很早人们就发现玻璃、液晶平板等材料中的应力分布通常是不均匀的，严重时会降低玻璃制品的强度和热稳定性，影响制品的安全使用，甚至会发生自裂现象。然而，考虑到检测的效率和准确性，玻璃的应力检测一直没有较好的手段。

对6mm×120mm×120mm的平板玻璃采用超声残余应力检测。检测前，对玻璃中部区域进行加热处理(100～150℃)，然后风冷到室温，从而人为预置一定残余应力。残余应力检测结果如图22所示，从图中看出，通过加热处理后，平板玻璃产生最大16MPa的残余应力。