焊接技术是指通过加热或加压（或者两者并用）、添加或者不加填充材料，使两种或两种以上材料通过原子或分子间的结合达到永久性连接的一种工艺过程。与其他加工方法相比较，焊接方法既高效又能够充分利用材料，因而被广泛地应用于航天、桥梁、压力容器等工业中。

在对钢结构进行焊接时，加热和冷却的过程会使焊件内部有温度差异，由此引起变形不一致就会产生内应力，这类应力被称为焊接残余应力。根据测定方法对被测构件是否有破坏性，可将残余应力的测定方法分为有损检测法和无损检测法。表1是对几种应力测定方法的比较。

表1 不同应力测定方法的比较

今天，我们将先为大家介绍焊接残余应力测定方法中的有损检测法。

有损检测法

有损检测法的基本原理是采用机械加工使将待测构件释放部分应力，从而产生相应的位移与应变。再在某些部位测量这些位移和应变，通过力学分析推算出原来的应力分布。常用的方法有切条法、剥层法、钻孔法、冲击压痕法等。

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切条法

切条法属于全破坏性测定方法，通过将焊件分割成许多小条来释放小条之间因约束而产生的残余应力。通过测量每一个分割条的长度变化来计算出各个小条中的平均焊接残余应力。切条法是全应力释放法的一种，分割小条的尺寸越小，测量结果的精度越高。

采用切条法测定焊接残余应力时，一般是测定焊件某一区域的残余应力状态，需要把待测区域逐条逐块分割，工作量大且复杂且测定后的焊件不能再用，所以该方法不适合用于测定实际工程结构的焊接残余应力。但是该方法理论依据严密、测定技术简单、测量结果可靠，所以被广泛用来作为校核其他测定理论的可靠方法。

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盲孔法

盲孔法又称钻孔法或小孔法，它属于典型的局部破坏性测定方法，在应力场内任意点出钻一个直径的小盲孔，该点的应力被释放，残余应力重新分布，利用应力应变关系式（1）求出平均残余应力。

该方法是Mather.J在1932年提出的，后由Soete发展完善而形成系统理论，现在已成为的一种标准方法（ASTM E837-13a 、GB/T 31310-2014）。

（1）

式中：σ1，σ2分别为两个方向的主应力，ε1、ε2、ε3分别为各应变计测得的释放应变；A、B为应变释放系数，与孔径、孔深、应变计的几何尺寸以及被测材料弹性模量有关，θ为最大主应力与应变片参考轴之间的夹角，顺时针取向。

盲孔法操作简便、测量精度较高、对焊件损伤程度小，因而被广泛地应用在工程上。然而，由于在实际测定时的影响因素很多，如孔深与孔径误差、钻削会引起附加应变、应变片灵敏系数误差等，通常要对测试值做相应修正后方能使用。另外，有研究表明当工件残余应力超过其屈服强度的三分之一时，不适合用盲孔法测定应力值。

3

剥层法

剥层法属于全破坏性测定方法，通过对被焊件表面进行腐蚀使材料内部逐层露出，然后通过测量焊件的弯曲挠度来推算各层的残余应力。剥层可以沿表面层均匀剥层，也可以斜面腐蚀剥层。由于被剥除部分残余应力的释放会导致剩余部分的残余应力重新分布，从而导致所测得的残余应力并不等于剥层以前该处的应力。

4

冲击压痕法

冲击压痕法基本上不破坏工件，通过在焊件表面采用冲击加载的方式，在原来的应力场上叠加一个应力场，根据应变增量来计算原始的残余应力。冲击压痕法操作简便、具有一定的工程实用性，但仅适合硬度在50HRC以内的工件。在实际测量时，必须先进行材料标定，且标定试板的组织状态应与被测工件的组织状态相同。

选自：《理化检验-物理分册》 Vol.53 2017.9

作者：卢书媛，工程师，常熟出入境检验检疫局

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