钢管残余应力测量方法

钢管在制造过程中，受到来自各种工艺等因素的作用与影响，当这些因素消失之后，若钢管所受到的上述作用和影响不能随之而完全消失，仍有部分作用与影响残留在钢管内，则这种残留的作用与影响称为残留应力或残余应力。

测量原理

按照一定方向与要求切开管壁，释放钢管内部残余应力，在钢管达到新稳定状态后，测量固定点位置的尺寸变化，使用经验公式计算其应力值，即为钢管的环切开口位移法（简称环切法）残余应力。

样件制作

试样如图1所示，从钢管上截取长度为L的试样，试样长度应不小于3倍外径，通常采用线切割、锯床等切割方式截取试样。

测量方法

第一步：

如下图所示，在试样同一横截面圆周上分别标识12点、3点和7点钟位置，用千分尺测量并记录前述3个位置的壁厚S12、S3、S7，计算试样的平均壁厚S。

在3点钟位置沿纵向选取三处，采用游标卡尺或千分尺测量外圆直径D1、D2、D3，计算试样的平均外径D。

S12、S3、S7——试样同一横截面12点、3点和7点钟位置的实测壁厚；

D1、D2、D3——试样3 点钟位置纵向三处实测外径。

第二步：

在12点钟位置，平行于轴线纵向切开管壁，切口两侧距离不小于约20--40 mm，保证切割面不接触。

第三步：

如下图所示，测量3点钟位置长度方向三处的外圆直径D1′、D2′、D3′，计算应力释放后试样的平均外径D ′。

D1′、D2′、D3′——开口试样3 点钟位置纵向三处实测外径。

残余应力计算

残余应力（σ）按式（1）进行计算。

式中：

σ——残余应力，单位为吉帕斯卡，简称吉帕（GPa）；

D——试样原始外圆平均直径，单位为毫米（mm）；

D ′——应力释放后试样外圆平均直径，单位为毫米（mm）；

E——钢管弹性模量，工程计算时推荐使用拉伸弹性模量Et；

S——试样平均壁厚，单位为毫米（mm）；

μ——泊松比（不同类别钢的弹性模量E和泊松比μ参考值见表A.1）。

残余应力极限值

下表给出了不同牌号钢管残余应力的推荐限值。当残余应力超过表中的限值时，会降低零件的刚度和稳定性，严重影响结构的疲劳强度、抗脆断能力，甚至降低使用寿命。通常需要控制材料的残余应力在表中的限值以下。