隨著鋁合金在航空航天領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，焊接鋁合金的需求也越來越大。然而，焊接過程中產(chǎn)生的殘余應(yīng)力是一個不容忽視的問題。殘余應(yīng)力是指焊接完成后，材料內(nèi)部產(chǎn)生的應(yīng)力，它是由于焊接熱循環(huán)產(chǎn)生的溫度變化和材料本身的熱膨脹系數(shù)不匹配引起的，這種應(yīng)力如果如不及時處理，將對鋁合金構(gòu)件的性能產(chǎn)生不良影響，甚至危機安全。因此，航空鋁合金工件內(nèi)部殘余應(yīng)力的測試和分析成為了不可或缺的重要工作。
目前，殘余應(yīng)力測試方法主要由盲孔法、環(huán)芯法、磁測法、x射線。盲孔法因其操作簡單、適用范圍廣、測量結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)點，在航空航天行業(yè)廣泛應(yīng)用。本文主要是采用盲孔法對航空鋁合金壁板進行殘余應(yīng)力測試，分析其應(yīng)力分布情況。
殘余應(yīng)力測試儀器介紹
試驗儀器采用南京聚航科技有限公司的JHMK多點殘余應(yīng)力測量系統(tǒng)，是由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成，多點測量效率高，實時顯示應(yīng)力應(yīng)變數(shù)值，實時錄屏錄像功能，自動實時生成應(yīng)力應(yīng)變釋放曲線，測量曲線和視頻回放功能，自動生成分布曲線和三維分布圖，一鍵生成測量報告。
試驗依據(jù)：《GBT?31310-2014?金屬材料 殘余應(yīng)力測定 鉆孔應(yīng)變法》
殘余應(yīng)力測試方案
測點位置選取：應(yīng)變測試點的選取原則應(yīng)遵循以下幾點：1.理論計算的高應(yīng)力區(qū)和實際發(fā)生開裂的部位；2.進一步優(yōu)化設(shè)計關(guān)注的部位。根據(jù)上述原則，在鋁合金壁板上共選取18個測點，全部采用三軸應(yīng)變花。
應(yīng)變片粘貼及連接：對各測點位置進行打磨清潔，粘貼應(yīng)變片和接線端子。
線纜連接：完成貼片后，將應(yīng)變片接入JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀主機，并查看數(shù)據(jù)。
鉆孔支架放置：確認數(shù)據(jù)穩(wěn)定正常后，將支架放置于測點位置，對好中心后調(diào)節(jié)鉆孔深度。
開始測量：測量前調(diào)零，待數(shù)值穩(wěn)定后開始記錄，然后鉆孔，鉆完孔后等待殘余應(yīng)力釋放完成，穩(wěn)定后停止數(shù)據(jù)采集。
測試結(jié)果及分析
所有測點一一測量完成后，在軟件中使用高級分析進行多點殘余應(yīng)力分析，然后一鍵導(dǎo)出報告。測量結(jié)果如下：
|
測點位置 |
σmax (MPa) |
σmin (MPa) |
角度θ(°) |
σx(MPa) |
σy(MPa) |
σ-(MPa) |
|
A1 |
-5.2 |
-10.8 |
-32.7 |
-6.8 |
-9.2 |
9.4 |
|
A2 |
-15.5 |
-32.0 |
82.6 |
-31.7 |
-15.7 |
27.7 |
|
A3 |
33.9 |
18.8 |
-9.2 |
33.5 |
19.1 |
29.4 |
|
A4 |
10.3 |
7.0 |
-66.8 |
7.5 |
9.8 |
9.1 |
|
A5 |
9.3 |
-31.4 |
5.8 |
8.9 |
-31.0 |
37.0 |
|
A6 |
51.5 |
19.3 |
21.3 |
47.3 |
23.5 |
45.1 |
|
A7 |
-0.5 |
-22.5 |
87.0 |
-22.5 |
-0.5 |
22.3 |
|
A8 |
8.9 |
-6.8 |
-33.7 |
4.1 |
-1.9 |
13.7 |
|
A9 |
60.9 |
31.4 |
-88.1 |
31.5 |
60.9 |
52.8 |
|
A10 |
84.4 |
15.1 |
-8.9 |
82.8 |
16.8 |
78.0 |
|
A11 |
85.1 |
61.0 |
2.1 |
85.1 |
61.0 |
76.0 |
|
A12 |
50.9 |
31.9 |
3.8 |
50.8 |
32.0 |
44.6 |
|
A13 |
70.3 |
19.9 |
19.8 |
64.5 |
25.7 |
62.7 |
|
A14 |
-16.8 |
-19.2 |
13.3 |
-16.9 |
-19.1 |
18.1 |
|
A15 |
-5.8 |
-13.1 |
81.5 |
-12.9 |
-6.0 |
11.3 |
|
B1 |
36.7 |
13.5 |
-15.7 |
35.0 |
15.2 |
32.1 |
|
B2 |
125.7 |
37.6 |
-8.1 |
124.0 |
39.4 |
111.7 |
|
B3 |
128.4 |
26.5 |
-4.9 |
127.6 |
27.2 |
117.4 |
從表上數(shù)據(jù)可以看出，18個測點中，B2、B3的殘余應(yīng)力值較大，分別為125.7MPa和128.4MPa，鋁合金的屈服強度是310MPa，殘余應(yīng)力的大小要超過屈服的1/3，因此這兩個測點需要重點關(guān)注，但整體的殘余應(yīng)力水平仍在安全范圍內(nèi)。
結(jié)論
從以上實驗可驗證，JHMK多點殘余應(yīng)力測量系統(tǒng)可用于航空鋁合金工件的殘余應(yīng)力測試，測試方法簡單，操作方便，軟件功能豐富，結(jié)果準(zhǔn)確，以后可用于航空鋁合金工件安全受力分析。