[发明专利]一种测量焊接管道内表面及内部残余应力的方法

说明书

本发明公开了一种测量焊接管道内表面及内部残余应力的方法，包括以下步骤：S1、基于待测量焊接管道的几何形状、尺寸大小和材料性能建立焊接管道有限元数值模型；S2、采用机械方法剖分待测量焊接管道；S3、以步骤S2相同的剖分角度模拟剖分步骤S1建立的焊接管道有限元数值模型，获取待测量焊接管道剖分引起的管道残余应力变化值；S4、测量剖分后的管道内表面及内部残余应力；S5、以步骤S3获得的管道残余应力变化值修正步骤S4获得的管道内表面及内部残余应力获得焊接管道内表面及内部残余应力。本发明提高了焊接管道内表面及内部残余应力的测量精准度。

技术领域

本发明涉及应力测量领域，具体涉及一种测量焊接管道内表面及内部残余应力的方法。

背景技术

管道构件在焊接过程中，不同部位经受不均匀的热过程、组织相变过程，从而在管道构件内形成焊接应力。焊接结束后，因塑性变形而不能完全消失的应力最终成为构件的残余应力。

目前，残余应力的测量方法主要是机械法和物理法。机械法目前最常用的是盲孔法，物理法用的最多的则是X射线衍射法。

对于部分特殊尺寸的管道结构，限于测量设备的尺寸和操作方法，难以直接采用盲孔法进行测量，或测量数据误差很大，针对这类焊接管道内表面及内部残余应力测量，需要首先对焊接管道进行整体加工，形成易于盲孔法实施的结构，但是，在整体加工过程中导致应力变化，如果直接测量整体加工后的应力，会导致测量误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测量焊接管道内表面及内部残余应力的方法，以提高焊接管道内表面及内部残余应力的测量精准度。

本发明通过下述技术方案实现：

一种测量焊接管道内表面及内部残余应力的方法，包括以下步骤：

S1、基于待测量焊接管道的几何形状、尺寸大小和材料性能建立焊接管道有限元数值模型；

S2、采用机械方法剖分待测量焊接管道；

S3、以步骤S2相同的剖分角度模拟剖分步骤S1建立的焊接管道有限元数值模型，获取待测量焊接管道剖分引起的管道残余应力变化值；

S4、测量剖分后的管道内表面及内部残余应力；

S5、以步骤S3获得的管道残余应力变化值修正步骤S4获得的管道内表面及内部残余应力获得焊接管道内表面及内部残余应力。

焊接管道由于结构尺寸限制，难以实现“在不影响管道残余应力状态的前提下，加工出满足要求的测量小孔(盲孔法测量残余应力)”。

本发明是以难以直接实施盲孔法测量残余应力的焊接管道为对象，采用剖分后盲孔法测量，结合数值模拟补偿获取焊接管道残余应力的方法。

本发明通过建立基于实际焊接制造过程的有限元模型，模拟获取整体剖分后的管道的残余应力变化值，对测量结果进行补偿修正，最终获得焊接管道的残余应力分布，提高了焊接管道内表面及内部残余应力的测量精准度。

进一步地，步骤S1中，采用实测的应力或应变数据对焊接管道有限元模型进行校准。

对限元模型进行校准能够进一步提高测量的精准度。

进一步地，采用X射线衍射法或盲孔法测量应力或应变数据。

进一步地，采用X射线法对待测量焊接管道的外表面进行残余应力测试时，测试角度包括30°、90°、150°、180°、330°，每个角度均分别测量了焊缝、热影响区、母材三个位置。

进一步地，步骤S2中，机械方法为线切割法。

进一步地，步骤S3中，焊接管道有限元数值模型通过实测管道剖分过程内表面或外表面应力变化进行校准。