焊接圆钢管截面试件设计及测量方法

针对 Q420 高强度焊接圆钢管的残余应力进行试验研究，同时也对普通钢材 Q345焊接圆钢管的残余应力分布进行研究。通过对两种不同钢材、不同截面尺寸、不同加工工艺的焊接圆钢管的残余应力进行试验测量，讨论分析钢材强度、热镀锌处理、焊接类型、圆钢管径厚比对残余应力分布的影响;并分析测量过程中的人为误差对残余应力测量结果的影响，并最终提出残余应力分布模型，为以后的焊接圆钢管构件稳定性能的研究提供条件。

试验包括9 种焊接圆钢管试件，表2-19 汇总了各个试件的尺寸规格。试件截面选择了实际工程中常用的截面类型;试件的截面径厚比取值基本覆盖了工程常用的范围。选用钢材包括 Q420 和 Q345 两种。试件的焊接方式分为埋弧焊和高频焊两种。

钢材的材性试件根据我国国家标准《钢及钢产品力学性能试验取样位置及试样制备》 GB/T2975—1998g以及《金属材料室温拉伸试验方法》GB/T 228—2002的相关规定制备。作为残余应力试件的9根焊缝圆钢管的标准材性试验取样位置如图2-64 所示，每个焊接圆钢管上取3 个材性试件。

试验采用分割法测量全截面的残余应力分布及数值大小，采用 Whittemore 手持应变仪测量标孔间距，采用电火花线切割设备进行条带分割;试件尺寸要求、测量方法和具体的步骤与2.2 节焊接工字形截面残余应力的相同。以试件 R2 为例，试件的取样位置及分割尺寸如图2-65 所示，每个分割条带的宽度为 10mm。测量步骤如图2-66 所示。本次9 根试件共分成两批进行试验研究。第—批试件只测量了外侧残余应力分布。包括钢管R1～R4 共4 个试件，原因是试件直径大小有限，不能将手持式应变仪置于管中测量钢管内侧残余应力分布。在第一批试件测量结束之后，得到钢管 R1～R4 的外侧残余应力分布结果，发现钢管外侧基本受拉，截面轴力不平衡，由此可知钢管内外侧残余应力分布不同且差距大。

第二批试件包括钢管 R5～R9 共5根试件。基于第一批试件的试验结果，第二批试件试验方法稍作改进。即测量过程中的第 2 步（如图 2 -66 所示）。将圆钢管试件分割成两部分，这样可以用手持式应变仪测量圆钢管内侧的标孔距离，以此作为圆钢管内侧残余应力测量分割前的初始应变仪读数。通过此方法，可以测得焊接圆钢管的内侧残余应力分布情况，不足之处是在将钢管分割为两部分时，会释放掉部分的残余应力。

图2-67 为试件从整体到分割成条带的加工过程示意图（以试件 R7 为例）。由于焊接圆钢管截面板件内外两侧的残余应力差别较大。试件在分割成条带后均有明显的弯曲。需要进行矢高修正，如式（2-2）所示。