盲孔法测试Q690高强钢管镀锌前后残余应力

残余应力对轴心受压构件的稳定性等有重要影响，为考察Q690焊接高强钢管镀锌前后的截面纵向残余应力分布，采用盲孔法对截面规格分别为φ250×8、φ300×8、φ350×8共计24个试件的残余应力进行测试。

通过试验得出了每种截面规格圆钢管的纵向残余应力的数值大小和分布模式，并将相同截面规格的钢管在镀锌前后的残余应力分布进行了比较，试验结果表明，钢管镀锌后残余应力有了明显的降低。Q690高强钢管的截面*大纵向残余应力与其钢材屈服强度的比值明显小于普通钢材。

采用盲孔法对Q690高强钢管热浸镀锌前后的残余应力分布进行测试分析，得到热浸镀锌对残余应力分布的影响。

1 盲孔法测试残余应力原理

盲孔法测试原理如下：残余应力是一种在构件内部自平衡的应力，当在构件表面进行钻孔，原有的平衡状态被破坏，应力得到释放，而这种应力释放所产生的应变可通过电阻应变片测得。

2 试件设计

采用盲孔法分别对截面规格为φ250×8、φ300×8、φ350×8的未镀锌钢管和镀锌钢管进行残余应力测试。为了使测试结果更准确，本次试验采用多次测量求平均值的方法，对未镀锌钢管和镀锌钢管均分了三组，每组四根。

3 焊接残余应力测试

3.1 焊件测点布置

根据试件的形状和特点，选择测试部位以及测点数目。测点均布置在试件的跨中截面上。以φ250×8试件为例，试件长度为1000mm，为了便于说明测点所处位置，假设将试件沿焊缝*心线展开，根据圆管对称性的特点，给出1/2圆管的测点布置图。采用盲孔法测试残余应力时，为确定测定精度，孔与孔的横向*小间距不应小于5倍的孔径，孔与孔的*小纵向间距不应小于15倍的孔径，边界与孔的*小间距不应小于8倍的孔径。本次试验采用的钻孔直径为1.5mm，则测孔间的横向间距应大于7.5mm；纵向间距应大于 22.5mm；孔距边界的距离应大于12mm。由于焊缝附近应力梯度较大，因此测点布置较密；随着距焊缝距离的增加，测点布置逐渐稀疏。

另由船舶行业标准《残余应力测试方法：钻孔应变释放法》可知，钻孔的*终深度应为1倍~1.2 倍的钻孔直径，本次试验将钻孔深度定为1.8mm。

3.2 测试步骤

盲孔法测试残余应力主要包括应变片的粘贴和钻孔两个部分。在粘贴应变片前应对试件表面进行处理，以确定应变片粘贴后和试件表面有良好的接触；钻孔时应严格确定钻孔*心和应变片测试*心重合。本次试验采用JH型残余应力测试仪进行数据采集。

4 测试结果

4.1 未镀锌钢管测试结果 对未镀锌钢管的测试结果进行整理的试验结果可以看出，焊缝附近的残余应力值为正值，即残余拉应力，随着离焊缝*心距离的*大，残余应力值急剧下降，转变为负值，即残余压应力。当残余压应力达到*大值后，随着距离的增加，残余压应力值逐渐减小，并转变为残余拉应力。

4.2 镀锌钢管测试结果 对镀锌钢管的测试结果进行整理，试验结果可以看出，镀锌钢管残余应力测试结果分布趋势与未镀锌钢管的分布趋势基本一致，但在一些关键点的峰值差异较大，主要表现在残余拉应力和残余压应力的峰值都有明显下降。

4.3 未镀锌钢管测试结果与镀锌钢管测试结果对比分别将截面规格为φ250×8、φ300×8、φ350×8的未镀锌件钢管和镀锌件钢管的测试结果进行对比。

4.3.1 φ250×8未镀锌钢管与镀锌钢管结果对比

φ250×8未镀锌钢管与镀锌钢管的残余应力分布形式基本相同，两者的残余应力值*点基本交于一点。镀锌后钢管的残余拉应力峰值和残余压应力峰值均明显下降。由峰值统计结果可以看出，镀锌后钢管的*大残余拉应力较镀锌前下降了34%；*大残余压应力下降了31%。

4.3.2 φ300×8未镀锌钢管与镀锌钢管结果对比可以看到，φ300×8未镀锌钢管与镀锌钢管的残余应力分布形式基本相同，两者的残余应力值*点基本交于一点。镀锌后钢管的残余拉应力峰值和残余压应力峰值均明显下降。由峰值统计结果可以看出，镀锌后钢管的*大残余拉应力较镀锌前下降了31%；*大残余压应力下降了29%。

4.3.3 φ350×8未镀锌钢管与镀锌钢管结果对比可以看到，φ350×8未镀锌钢管与镀锌钢管的残余应力分布形式基本相同，两者的残余应力值*点基本交于一点。镀锌后钢管的残余拉应力峰值和残余压应力峰值均明显下降。峰值统计结果可以看出，镀锌后钢管的*大残余拉应力较镀锌前下降了40%；*大残余压应力下降了40%。

将三种截面规格的钢管镀锌后残余应力峰值的下降程度进行整理。镀锌后钢管残余应力较镀锌前之所以下降，原因在于：镀锌过程与焊接过程产生的热量分布不同，热浸镀锌时，钢管在锌池里受热是均匀的，不会出现热量在某个部位过分集中的现象，这就相当于对钢管进行了一次热处理，使得原有的残余应力重新分布。

4.4 测试结果分析 由建议的普通强度等级的钢管截面纵向残余应力分布模式，并与试验所得结果进行对比可以发现：高强钢管的截面纵向残余应力分布模式与普通强度钢管的分布模式相同，但两者的*大残余压应力与对应钢材屈服强度的比值有明显差别，普通钢管的该值为0.35，而本次测得Q690钢管的残余压应力*大值与Q690钢材的屈服强度之比仅为0.15。

5 结论

通过对3种截面规格，24个直焊缝焊接Q690高强钢管纵向残余应力的测试，得出了钢管镀锌前后的残余应力数值大小和分布模式，通过对试验数据的分析，得到以下结论：

(1) 残余拉应力集中在焊缝及邻近区域，应力梯度大，峰值拉应力已达到钢材屈服强度；残余压应力峰值较小，*大值仅为钢材屈服强度的15%。

(2) 热浸镀锌可以有效减小残余应力的峰值，*大残余拉应力峰值的消除率从31%~40%不等，*大残余压应力峰值的消除率从29%~40%不等。