殘余應(yīng)力對軸心受壓構(gòu)件的穩(wěn)定性等有重要影響，為考察Q690焊接高強鋼管鍍鋅前后的截面縱向殘余應(yīng)力分布，采用盲孔法對截面規(guī)格分別為φ250×8、φ300×8、φ350×8共計24個試件的殘余應(yīng)力進(jìn)行測試。

通過試驗得出了每種截面規(guī)格圓鋼管的縱向殘余應(yīng)力的數(shù)值大小和分布模式，并將相同截面規(guī)格的鋼管在鍍鋅前后的殘余應(yīng)力分布進(jìn)行了比較，試驗結(jié)果表明，鋼管鍍鋅后殘余應(yīng)力有了明顯的降低。Q690高強鋼管的截面*大縱向殘余應(yīng)力與其鋼材屈服強度的比值明顯小于普通鋼材。

采用盲孔法對Q690高強鋼管熱浸鍍鋅前后的殘余應(yīng)力分布進(jìn)行測試分析，得到熱浸鍍鋅對殘余應(yīng)力分布的影響。

1 盲孔法測試殘余應(yīng)力原理

盲孔法測試原理如下：殘余應(yīng)力是一種在構(gòu)件內(nèi)部自平衡的應(yīng)力，當(dāng)在構(gòu)件表面進(jìn)行鉆孔，原有的平衡狀態(tài)被破壞，應(yīng)力得到釋放，而這種應(yīng)力釋放所產(chǎn)生的應(yīng)變可通過電阻應(yīng)變片測得。

2 試件設(shè)計

采用盲孔法分別對截面規(guī)格為φ250×8、φ300×8、φ350×8的未鍍鋅鋼管和鍍鋅鋼管進(jìn)行殘余應(yīng)力測試。為了使測試結(jié)果更準(zhǔn)確，本次試驗采用多次測量求平均值的方法，對未鍍鋅鋼管和鍍鋅鋼管均分了三組，每組四根。

3 焊接殘余應(yīng)力測試

3.1 焊件測點布置

根據(jù)試件的形狀和特點，選擇測試部位以及測點數(shù)目。測點均布置在試件的跨中截面上。以φ250×8試件為例，試件長度為1000mm，為了便于說明測點所處位置，假設(shè)將試件沿焊縫*心線展開，根據(jù)圓管對稱性的特點，給出1/2圓管的測點布置圖。采用盲孔法測試殘余應(yīng)力時，為確定測定精度，孔與孔的橫向*小間距不應(yīng)小于5倍的孔徑，孔與孔的*小縱向間距不應(yīng)小于15倍的孔徑，邊界與孔的*小間距不應(yīng)小于8倍的孔徑。本次試驗采用的鉆孔直徑為1.5mm，則測孔間的橫向間距應(yīng)大于7.5mm；縱向間距應(yīng)大于 22.5mm；孔距邊界的距離應(yīng)大于12mm。由于焊縫附近應(yīng)力梯度較大，因此測點布置較密；隨著距焊縫距離的增加，測點布置逐漸稀疏。

另由船舶行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《殘余應(yīng)力測試方法：鉆孔應(yīng)變釋放法》可知，鉆孔的*終深度應(yīng)為1倍~1.2 倍的鉆孔直徑，本次試驗將鉆孔深度定為1.8mm。

3.2 測試步驟

盲孔法測試殘余應(yīng)力主要包括應(yīng)變片的粘貼和鉆孔兩個部分。在粘貼應(yīng)變片前應(yīng)對試件表面進(jìn)行處理，以確定應(yīng)變片粘貼后和試件表面有良好的接觸；鉆孔時應(yīng)嚴(yán)格確定鉆孔*心和應(yīng)變片測試*心重合。本次試驗采用JH型殘余應(yīng)力測試儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。

4 測試結(jié)果

4.1 未鍍鋅鋼管測試結(jié)果 對未鍍鋅鋼管的測試結(jié)果進(jìn)行整理的試驗結(jié)果可以看出，焊縫附近的殘余應(yīng)力值為正值，即殘余拉應(yīng)力，隨著離焊縫*心距離的*大，殘余應(yīng)力值急劇下降，轉(zhuǎn)變?yōu)樨?fù)值，即殘余壓應(yīng)力。當(dāng)殘余壓應(yīng)力達(dá)到*大值后，隨著距離的增加，殘余壓應(yīng)力值逐漸減小，并轉(zhuǎn)變?yōu)闅堄嗬瓚?yīng)力。

4.2 鍍鋅鋼管測試結(jié)果 對鍍鋅鋼管的測試結(jié)果進(jìn)行整理，試驗結(jié)果可以看出，鍍鋅鋼管殘余應(yīng)力測試結(jié)果分布趨勢與未鍍鋅鋼管的分布趨勢基本一致，但在一些關(guān)鍵點的峰值差異較大，主要表現(xiàn)在殘余拉應(yīng)力和殘余壓應(yīng)力的峰值都有明顯下降。

4.3 未鍍鋅鋼管測試結(jié)果與鍍鋅鋼管測試結(jié)果對比分別將截面規(guī)格為φ250×8、φ300×8、φ350×8的未鍍鋅件鋼管和鍍鋅件鋼管的測試結(jié)果進(jìn)行對比。

4.3.1 φ250×8未鍍鋅鋼管與鍍鋅鋼管結(jié)果對比

φ250×8未鍍鋅鋼管與鍍鋅鋼管的殘余應(yīng)力分布形式基本相同，兩者的殘余應(yīng)力值*點基本交于一點。鍍鋅后鋼管的殘余拉應(yīng)力峰值和殘余壓應(yīng)力峰值均明顯下降。由峰值統(tǒng)計結(jié)果可以看出，鍍鋅后鋼管的*大殘余拉應(yīng)力較鍍鋅前下降了34%；*大殘余壓應(yīng)力下降了31%。

4.3.2 φ300×8未鍍鋅鋼管與鍍鋅鋼管結(jié)果對比可以看到，φ300×8未鍍鋅鋼管與鍍鋅鋼管的殘余應(yīng)力分布形式基本相同，兩者的殘余應(yīng)力值*點基本交于一點。鍍鋅后鋼管的殘余拉應(yīng)力峰值和殘余壓應(yīng)力峰值均明顯下降。由峰值統(tǒng)計結(jié)果可以看出，鍍鋅后鋼管的*大殘余拉應(yīng)力較鍍鋅前下降了31%；*大殘余壓應(yīng)力下降了29%。

4.3.3 φ350×8未鍍鋅鋼管與鍍鋅鋼管結(jié)果對比可以看到，φ350×8未鍍鋅鋼管與鍍鋅鋼管的殘余應(yīng)力分布形式基本相同，兩者的殘余應(yīng)力值*點基本交于一點。鍍鋅后鋼管的殘余拉應(yīng)力峰值和殘余壓應(yīng)力峰值均明顯下降。峰值統(tǒng)計結(jié)果可以看出，鍍鋅后鋼管的*大殘余拉應(yīng)力較鍍鋅前下降了40%；*大殘余壓應(yīng)力下降了40%。

將三種截面規(guī)格的鋼管鍍鋅后殘余應(yīng)力峰值的下降程度進(jìn)行整理。鍍鋅后鋼管殘余應(yīng)力較鍍鋅前之所以下降，原因在于：鍍鋅過程與焊接過程產(chǎn)生的熱量分布不同，熱浸鍍鋅時，鋼管在鋅池里受熱是均勻的，不會出現(xiàn)熱量在某個部位過分集中的現(xiàn)象，這就相當(dāng)于對鋼管進(jìn)行了一次熱處理，使得原有的殘余應(yīng)力重新分布。

4.4 測試結(jié)果分析 由建議的普通強度等級的鋼管截面縱向殘余應(yīng)力分布模式，并與試驗所得結(jié)果進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)：高強鋼管的截面縱向殘余應(yīng)力分布模式與普通強度鋼管的分布模式相同，但兩者的*大殘余壓應(yīng)力與對應(yīng)鋼材屈服強度的比值有明顯差別，普通鋼管的該值為0.35，而本次測得Q690鋼管的殘余壓應(yīng)力*大值與Q690鋼材的屈服強度之比僅為0.15。

5 結(jié)論

通過對3種截面規(guī)格，24個直焊縫焊接Q690高強鋼管縱向殘余應(yīng)力的測試，得出了鋼管鍍鋅前后的殘余應(yīng)力數(shù)值大小和分布模式，通過對試驗數(shù)據(jù)的分析，得到以下結(jié)論：

(1) 殘余拉應(yīng)力集中在焊縫及鄰近區(qū)域，應(yīng)力梯度大，峰值拉應(yīng)力已達(dá)到鋼材屈服強度；殘余壓應(yīng)力峰值較小，*大值僅為鋼材屈服強度的15%。

(2) 熱浸鍍鋅可以有效減小殘余應(yīng)力的峰值，*大殘余拉應(yīng)力峰值的消除率從31%~40%不等，*大殘余壓應(yīng)力峰值的消除率從29%~40%不等。