Page 21 - 理化检验-物理分册2021年第二期
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吕克茂, 等: 简述 2015 年至 2019 年残余应力学术进展


            资料。岔管是水电站地下工程中的关键部件, 结构                            达到 80% 以上。 7085 铝合金是新一代高强、 高韧、
            复杂, 焊缝占比大, 其焊接质量和残余应力备受业界                          低淬火敏感性航空结构材料, 主要应用于飞机大型
            关注。靳宏泽的检测结果表明, 适当提升岔管例行                            主承力结构件的制造。自由锻造铝合金超厚板淬火
            水压试验的压力, 可以降低约 30% 的焊接残余应力                         残余应力过大的问题显著, 淬火残余应力过大极易
            幅度。                                                导致厚板后续加工变形、 尺寸精度达不到要求而报
                 笔者早年应邀到四川二滩水电站检测转轮焊接                          废, 国内外一直非常重视航空结构零件加工变形的
            应力及对焊缝进行局部保温退火处理之后的应力,                             研究。残余应力在铝合金锻件塑性加工过程中普遍

            发现由于转轮结构的复杂性和强大拘束条 件的存                             存在, 对于超厚截面( 厚度 50 mm 以上) 锻件, 淬火
            在, 局部退火之后的焊缝及热影响区依然残余较高                            残余应力尤为突出。传统冷压的方法可以显著减小
            的应力。转轮各处较高的、 极不均匀的应力, 在运行                          厚板的淬火残余应力。结合试验和有限元模拟法,
            过程中自然会逐步松弛, 但是必然以产生永久变形                            牛关梅等得出的结论是, 7085 铝合金自由锻厚板浸

            为代价。转轮的变形将破坏原有的动平衡状态, 特                            没式淬火过程心部温度降到 350 ℃ 需要 60s , 降温


            别是叶片之间迷宫间隙的不均匀, 会引起附加振动,                           过程中角部与心部最大温差可达 298 ℃ ; 淬火后自
            这些因素必将有损于转轮的疲劳寿命。笔者的这些                             由锻厚板的残余应力场呈现内拉外压状态, x 向和

            分析结论后来得到了应验。                                      y 向应力范围为 -221~248 MPa , z 向应力相对很
                 西南交大陈辉在都江堰会议上作了题为《 工艺                         小。对比分析得出, 分段重叠冷压法削减淬火残余
            过程对铝合金结构焊接残余应力及服役性能影响研                             应力的最优冷压量为 1% 。经过 1% 冷压后, 厚板淬
            究》 的报告。电弧焊接广泛应用于高速列车车体、 转                          火 应 力 明 显 降 低, 大 部 分 应 力 分 布 于 -50~

            向架金属及其复合材料的结构制造, 但是当下急需                           50MPa 。基于分段冷压的机理, 冷压面重叠区域有

            解决包括铝合金焊接变形、 焊接残余应力、 焊接接头                          一定的高拉应力 集中区, 拉应力 最 高 达 107MPa 。
            软化等在内的诸多问题, 发展优质、 高效、 环保、 智能                       此外, 哈尔滨工业大学姜建堂等研究了大型铝合金构
            焊接新方法新理论, 完成高速列车焊接制造的再创                            件残余应力演化及变形响应, 北京理工大学、 北京航
            新。试验结果指出激光 -MIG ( 熔化极惰性气体保护                        空航天大学李变红等对初始残余应力和加工引入残
            焊) 电弧复合焊接方法结合激光焊和传统 MIG 焊的                         余应力对加工变形的影响进行了研究。
            优点, 具有能量集中、 焊接效率高、 热输入小、 焊接变                      1.4  残余应力分析用于在役管道的安全评估
            形小等优点, 可以获得高质量的 铝合金焊接接头。                               西南交通大学成志强教授联合苏州天然气管网
            苟国庆、 马传平等关注高速列车铝合金车体转向架                            公司将残余应力应用于油气管道的安全评估。

            焊接残余应力分布及极端条件下的残余应力, 通过                                我国油气管道总长度在12×10 km 以上, 堪称
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            大量测定车体、 转向架制造过程各工序之间和经过                            国民经济的大动脉。成志强团队开展了全尺寸模型
            一定时期运行之后的残余应力, 然后进行统计分析,                           管道内压和弯曲试验, 验证了 X 射线应力检测的有
            从中找出残余应力产生和演变规律, 便于掌控和调                            效性和检测精度。在冬季管道发生冻胀期间, 应用
            整残余应力。中国核动力研究设计院伍建文等研究                            X 射线应力分析仪器对冻胀管道进行现场检测。基
            了Inconel690 合金与321 不锈钢异种金属焊接接头                     于应力种类的区分及识别成果, 参照管道相关标准,
            的残余应力。                                             确定了冻胀管道的安全裕度。对高危管道进行实时
            1.3  构件变形与残余应力                                     应力监测之前, 采用 X 射线应力分析仪器检测管道
                 构件变形与残余应力密切相关。除了焊接结构                          当时的应力, 作为监测应力的基础值, 提高了管道应
            的变形备受关注之外, 不少学者还致力于研究轧制                            力监测预警的精度。成志强利用 X 射线测定残余
            金属板材的板型以及板材制品的后期变形问题。中                             应力, 监控管道安全, 此项工作具有开创性。
            国钢铁股份有限公司郭士纲介绍了有关钢铝板的平
                                                              2  激光冲击强化
            坦度与残余应力的研究成果。中铝材料应用研究院
            有限公司牛关梅等研究了铝合金构件的残余应力。                                 激光冲击强化作为一种新型的金属材料表面改
            超高强铝合金具有比强度高、 耐腐蚀、 延展性好等优                          性技术, 其利用强激光束产生的等离子冲击波来提
            点, 在航空航天器材制造中所占有的材料比例已经                            高金属材料的抗疲劳、 耐磨损和抗腐蚀能力。与现
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