盾構(gòu)機(jī)驅(qū)動外殼修復(fù)部位殘余應(yīng)力測試方法

盾構(gòu)機(jī)是隧道挖掘超大型專用設(shè)備，廣泛用于鐵路、公路、市政以及水電等隧道工程。盾構(gòu)機(jī)一般由盾構(gòu)殼、刀盤、人艙、螺旋輸送機(jī)、皮帶機(jī)、管片安裝機(jī)、管片小車和后配套拖車等裝置組成。盾構(gòu)機(jī)驅(qū)動外殼起著支撐刀盤的作用，與之配合的是密封圈。在盾構(gòu)機(jī)工作挖掘過程中，由于外力的作用使沙石泥土等進(jìn)入密封圈，導(dǎo)致密封圈與驅(qū)動外殼密封位摩擦磨損。磨損量達(dá)到一定程度會導(dǎo)致盾構(gòu)機(jī)癱瘓。

某公司對某型號盾構(gòu)機(jī)驅(qū)動外殼密封位磨損進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)的盾構(gòu)機(jī)驅(qū)動外殼密封位為四道密封全部磨損，磨損最深處達(dá)7mm，寬度95mm，長度約9200mm，采用熱焊的方式進(jìn)行尺寸恢復(fù)。焊接必然會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，殘余應(yīng)力會影響工件的強(qiáng)度和使用壽命。為了了解盾構(gòu)機(jī)驅(qū)動外殼修復(fù)部位殘余應(yīng)力的分布，就需要對修復(fù)部位進(jìn)行殘余應(yīng)力測試。

焊接殘余應(yīng)力的危害

焊接熱源對構(gòu)件的不均勻加熱、冷卻以及由加熱和冷卻而產(chǎn)生的不均勻塑性流動，使構(gòu)件在焊后形成不均勻彈塑性應(yīng)變的分布，這是產(chǎn)生焊接殘余應(yīng)力和變形的內(nèi)在原因。殘余應(yīng)力的存在，一方面會降低工件的強(qiáng)度，造成變形和開裂等工藝缺陷；另一方面又會在自然釋放過程中降低材料的疲勞強(qiáng)度，從而造成使用中出現(xiàn)問題。因此，在施焊前必須綜合考慮殘余應(yīng)力的影響，了解殘余應(yīng)力分布情況。

殘余應(yīng)力測試方法及儀器

目前，殘余應(yīng)力測試方法主要有機(jī)械法和物理檢測法兩種。機(jī)械法包括盲孔法、環(huán)芯法、切槽法等，機(jī)械法需釋放應(yīng)力，需要對工件局部分離或者分割，從而會對工件造成一定的損傷。目前，盲孔法是現(xiàn)場測試中廣泛應(yīng)用的方法之一，破壞性小，工藝簡單。物理檢測法主要有x射線、磁測法等，這些方法均屬于無損檢測，對工件不會造成破壞。

本次采用盲孔法測試盾構(gòu)機(jī)驅(qū)動外殼修復(fù)部位的殘余應(yīng)力。鉆孔直徑1.5mm，深度為1.5mm。設(shè)備采用聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應(yīng)力測試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀和JHZK鉆孔裝置組成，儀器精度高，測量結(jié)果準(zhǔn)確。

殘余應(yīng)力測試結(jié)果及分析

測試部位在盾構(gòu)機(jī)外圈內(nèi)徑，殘余應(yīng)力測試結(jié)果如下，其中ε_x、ε_y、ε₄₅分別為應(yīng)變花對應(yīng)x軸、y軸以及45°方向的應(yīng)變柵中測出的應(yīng)變量，σ₁和σ₂分別為測點(diǎn)的第一和第二主應(yīng)力，θ為第一主應(yīng)力與x軸的夾角，表中+表示拉應(yīng)力，-表示壓應(yīng)力。

分析試驗結(jié)果，可以看出

1. 盾構(gòu)機(jī)驅(qū)動外殼磨損處的原始?xì)堄鄳?yīng)力沿周向為較大的拉應(yīng)力，徑向為壓應(yīng)力。

2. 盾構(gòu)機(jī)驅(qū)動外殼磨損處修復(fù)處理后的殘余應(yīng)力均比原始磨損處的殘余應(yīng)力低。