焊接圆钢管截面试验结果及分析

基于大量的测量数据，本节得到了9 个焊接圆钢管试件的截面纵向残余应力沿全截面的分布及数值大小，如图2-68 所示。R1～R4 为第一批试验试件，只测量了钢管外侧的残余应力分布，R5～R9 为第二批试验试件，分别测量了钢管内外侧的残余应力。部分切条在试验加工中有损坏（如钻孔堵死、切割时孔被破坏） 和丢失的情况。故图 2 -68 中曲线有间断。

根据图 2-68 的测量结果可以发现焊接圆钢管的残余应力分布存在以下特征;

（1）焊接圆钢管残余应力分布大致为外侧受拉内侧受压（R8 除外）。R8 的内外侧残余应力均不大，没有明显表现出外侧受拉内侧受压的特征。由于在测量圆管内侧残余应力的时候。不可避免要将圆管剖开。这样会导致残余应力释放—部分。 所以测得的圆管内侧残余应力绝对值总体上小于外侧残余应力绝对值。

（2）大部分试件的残余拉应力最大值小于钢材屈服强度。

（3）试件 R5、R7～R9 的结果中有部分突变数据点（尖点），可能原因是这些数据在测量过程中，数据的前几位记录有误或应变仪指针卡住。

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（4）焊接类型的影响

试件 R8、R9 的截面尺寸完全相同（见表2-19），不同之处在于试件 R8 采用高频焊接（HFW）加工，试件 R9 为埋弧焊接（SAW）加工。高频焊是指焊接时利用高频电流在工件内产生的电阻热使工件焊接区表层加热到熔化或接近的塑性状态，随即施加（或不施加）顶锻力而实现金属的结合。埋弧焊是一种电弧在焊剂层下燃烧进行焊接的方法。从加工工艺上讲，埋弧焊要比高频焊焊接质量高，使用寿命长，但从热量输入方面讲，埋弧焊的热量输入相对高一些。

试件 R8 与R9 的残余应力分布对比如图 2-71 所示。可以看出，埋弧焊试件 R9 最大残余拉应力远远大于高频焊试件 R8 的;从整个截面残余应力分布趋势来看，埋弧焊接试件 R9 的残余应力分布跳跃性较大，而高频焊试件 R8 的残余应力分布较平缓，所以焊接类型对圆钢管的残余应力分布有一定影响。从对比结果可知，由于埋弧焊的热量输入较大，其对残余应力分布的影响也较大。

（5）人为误差影响

为了衡量测量过程中的人为误差因素，由两名不同的操作人员对同一个钢管试件 R8的残余应力进行了测量，对比结果如图2-72 所示;其中Ⅰ、Ⅱ分别代表操作员IⅠ、Ⅱ的测量结果。表2-21 中 R8 对应于操作人员T，R8"对应于操作人员 。

从图2-72 和表2-21中可以看出，两名不同操作人员的测量结果无论在残余应力分布形式上还是在数值上都比较接近，排除个别位置点残余应力值的不同，两名操作员残余应力测量结果的平均值相差 4.1MPa。这表明采用分割法得到的残余应力测量结果因人为操作因素导致的误差非常小，这一传统测量方法非常可靠。