工程机械大型焊接结构件在承受大工作载荷时，焊接残余应力和工作应力叠加，严重影响结构件的结构强度、断裂韧性和疲劳寿命。为了降低焊接残余应力，往往采用控制焊接工艺、焊后热处理或振动时效处理等方法。本文以旋挖钻机的动臂和三脚架为例，分析大型焊接结构件在实际工况下残余应力的变化规律，以期通过控制焊接工艺，取消退火或振动时效工序，降低成本，提高生产效率，实现绿色制造。

    1．残余应力测试常用方法
    国内外测量残余应力的方法主要分2大类：机械释放法和无损测量法。机械释放法主要包括盲孔法、环芯法、分割切条法等。无损测量法主要包括电磁法、x射线法、超声测量法、巴克豪森和各向异性传感器测试法、纳米压痕法等。各种测试方法对比如附表所示。

    （1）盲孔法
    盲孔法又叫小孔法，是残余应力测试常用的一种方法。其测量原理如下：假设试样平面内存在残余应力场，在应力场内任意点处钻一个直径为d和深度为五的小盲孔。钻孔过程中应力即被释放，原有的残余应力也失去平衡，这时盲孔周围将产生一定量的释放应变。应用应变计捕捉释放出的应变，应用计算公式确定该点处的初始残余应力。盲孔法残余应力测试仪如图1所示。应用盲孔法测量工作前后的残余应力，对于定量分析残余应力的发展变化非常重要。

    （2）电磁法
    电磁法是无损检测残余应力常用的方法。主要包括二极磁探头法（或多极磁探头法）、巴克豪森法、各向异性传感器测试法和磁记忆法等。
    电磁法的测量原理是利用铁磁性材料的逆磁致伸缩效应，将铁磁性材料所受应力的变化，转变成磁测量传感器线圈上的输出电压的变化来进行检测。电磁法残余应力检测仪如图2所示。

    依据此原理，磁测仪通过探头和测量电路将磁导率转化为电流量而输出，建立应力与电流量的函数关系，再通过测试电流量确定应力。
    应用电磁法跟踪测试残余应力发展变化，残余应力具有自相平衡陛。在无外界因素下，其分布规律长期保持不变，在有外界持续干扰下，残余应力最终会达到一个新的平衡，其后分布规律基本稳定。
    2．确定测试方案
    在了解国内外残余应力测试方面的常用方法及前沿技术基础上，结合本研究的具体情况和实际工况条件，决定选用盲孔法和电磁法测试旋挖钻机动臂、三角架的残余应力，用应变法测试结构件的工作应力。
    通过盲孔法残余应力测试获得工作前后残余应力值，依据测试数据，分析残余应力的发展变化。通过电磁法跟踪测试残余应力，确定残余应力稳定的时间，进而进行第二次盲孔法残余应力测试。电磁法残余应力法测试厚度有限，能够测试表面残余应力，而无法测试结构内部的残余应力，故磁测残余应力法在对测试结果的定性分析上，用于残余应力变化趋势研究。
    盲孔法测试在焊接结构件制作完毕装机之前进行，工况试验完成后拆下试件，进行第2轮测试，然后对比分析前后的试验数据，判定去热处理工序的可行性。电磁法用于旋挖钻机工况试验阶段，按规定时间间隔和设备的放置状态，对待测工件测试。根据试验数据，推断焊接结构件残余应力在旋挖钻机实际入岩工况条件下的变化规律。然后通过2台旋挖钻机800h入岩工况对比试验，分析焊接结构件在动载荷作用下，退火和不退火状态的残余应力变化规律及可靠性。
    依据国家标准（GB/T3395-1992残余应力测试方法钻孔应变释放法》，盲孔法测试仪器选用济南西格马科技有限公司生产的SigmarASM3.0型应力应变测量仪、郑州机械研究所产ZDL- H型盲孔法测残余应力钻孔装置

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