如何检测钢结构的残余应力？

来源：贵州弘波质量检测有限公司  发布时间：2021-03-24  浏览：1307次

残余应力是造成钢结构疲劳、断裂的重要因素，因此有效评价应力变形状态对于特种设备关键部件的早期失效预测十分有必要。对钢结构进行残余应力的检测方法根据其物理原理的不同可分为电学检测方法、磁学检测方法、涡流检测方法、射线检测方法和超声检测方法等几类。接下来就简单的为大家介绍一下这几种方法。

1 电学检测

常用于钢结构残余应力检测的电学检测有电阻式应变检测法和振弦式应变检测法。

（1）电阻式应变检测法

工作原理：金属丝的电阻应变效应即金属丝电阻随机械变形而改变的物理现象，其在不同方向的外力作用下，所产生的变形量不同。

优点：结构简单、成本低、技术成熟、检测精度高、适用于动态应力监测；

缺点：应变片需要粘贴，不能长期使用，检测静态应变和残余应力时需要与钻孔法或压痕法配合，属于有损检测方法。

实际应用：电阻式应变检测的应用范围很广，如管道铺设过程应力监测、起重机应力监测，铁轨参与应力检测，海上采油平台桩管动应力监测等。

（2）振弦式应变检测法

工作原理：在结构受力之前，在所测结构上粘贴或用其他方式固定钢弦式表面应变计。在结构受力后，表面应变计内置钢弦的频率会发生变化，通过测量频率的变化，并由标定的应变-频率回归曲线，计算出所测结构物在作用力下的应变。

优点：高精度，高灵敏度、防水性能好、耐腐蚀、长期稳定性好、适合于动态应力监测。

缺点：钢弦式表面应变计的安装不太方便，且只能检测应力的变化量。

应用：可广泛应用于地铁基坑围护结构钢支撑的应力监测、连续钢构桥不对称悬臂施工应力监测、船舶应力监测等。

2 磁学检测方法

常用于钢结构残余应力检测的磁学检测方法有磁应变法、磁声发射法和金属磁记忆法。

（1）磁应变法

工作原理：利用铁磁性物体的逆磁致伸缩效应，在无应力作用时，可认为是磁的各向同性体，当发生弹性变形时，则产生磁各向异性，即各个方向的磁导率的变化来反映应力的变化。

优点：方便、简单、快速、准确

缺点:只能用于检测铁磁性材料

应用：油井套管应力检测、钢结构桥梁的焊接残余应力检测等

（2）金属磁记忆检测

工作原理：钢结构由于疲劳和蠕变而产生的微裂纹会在缺陷处出现应力集中，由于铁磁性材料存在磁机械效应，故其表面上的磁场分布与部件应力载荷有一定的对应关系，可通过检测部件表面的磁场分布状况间接的对构件的缺陷和应力集中部位进行诊断。

优点：与其他磁学检测方法相比，金属磁记忆检测不需要磁化，不需要对材料进行表面处理，设备轻便

缺点：只能用于检测铁磁性材料，通常只能实现定性检测，需与其它方法配合后才能完成定量检测

应用：钢结构应力检测、焊缝质量评价、压力容器对接焊缝应力检测。

（3） 磁声发射法

磁声发射是一种用磁场作为激励、利用声信号完成应力检测的方法。铁磁性材料内存在磁矩方向的各向异性的磁畴，各磁畴之间由畴壁相互分开，在外部磁场的作用下将产生磁畴的突然运动和磁化矢量的转动，从而以应力波的形式向周围传播，产生声发射现象。这种方法可应用于焊接及热处理后的应力检测、钢铁构件使用过程中应力变化的监测、钻杆残余应力检测等。

3、脉冲涡流检测法

工作原理：钢结构在某一方向受力产生变形时，其长、宽厚度会发生变化，从而使其电阻率发生相应的变化（压阻效应），导致涡流分布和磁场发生变化。通过测量瞬态输出电压信号的变化大小，就可以得到钢结构相关参数的状态信息。

优点：脉冲涡流检测应力具有方便、快速、准确等优点。材料的压阻效应使得脉冲涡流检测方法在残余应力评估方面有巨大优势。

缺点：只能测出电导率和磁导率的乘积，两者的影响有待分离，目前研究主要对非铁磁性的导电材料（铝合金等）

4、X射线衍射法

工作原理：当多晶材料中存在内应力时，必然存在内应变与之对应，导致其内部晶面间距发生变化，以及X射线衍射谱线产生位移。通过分析衍射峰位置的变化，根据弹性力学原理，就可以测量出材料中内应力大小及方向。

优点：能测量出绝对残余应力，精度较高，可达到10Mpa;

缺点：设备价格昂贵，操作复杂，受材料晶粒度影响较大，对材料表面状况要求严格；只能检测表面应力，在测内部应力时必须剥层

应用：体育馆等建筑的钢结构应力检测、航空发动机叶片参与应力监测。

5、超声检测

工作原理：超声波可穿透物体，且其声弹效应主要取决于材料内部的应变大小，因此可利用超声波的声弹常数与应力之间的特定关系来检测材料的残余应力

优点：使用灵活、无破坏、成本低，检测深度较深

缺点：需使用耦合剂、检测精度有限，对形状复杂、小而薄、不均匀材料检测困难

应用：钢结构表面应力检测，电力机紧固件装配应力检测，冷轧辊应力检测等

随着无损检测技术的不断发展，声发射、红外热成像、光纤传感、电子散斑干涉、激光超声检测及裂纹柔度法等其他无损检测方法在钢结构的应力检测中的应用也越来越广泛。随着无损检测技术的进一步发展，将会有更多的检测方式出现，使得残余应力检测的精度和自动化水平进一步提高。