旋挖钻机动臂残余应力测量分析

旋挖钻机动臂用于连接其上车和钻桅三角架，是旋挖钻机作业时的主要承载结构之一，承受着较大的振动和冲击载荷。动臂焊接完成后的焊接残余应力，直接影响其承载能力和疲劳寿命。本文通过残余应力测量对比分析，探讨旋挖钻机动臂消除应力方案。

残余应力测量方法

本测试以采用未时效处理和振动时效处理的2个动臂为研究对象，对这2个动臂关键部位进行残余应力测量，并根据试验结果对两个动臂的残余应力变化进行了比较分析。

动臂试件情况

这2个动臂结构件由钢板拼焊而成。动臂所用钢板材质为Q345b，其屈服强度R_d≥345MPa，抗拉强度470~630MPa，动臂焊接时严格控制焊接工艺，关键焊缝采用多层多道焊接，以减小焊接变形。

测试原理及仪器

本次测试的依据是国家标准《CB 3395-1992残余应力测试方法 钻孔应变释放法》。

通过在测点处钻出直径d为1.5mm，深度h为2mm的应变花孔，用以释放残余应力。利用应变花孔捕捉钻孔释放的应变，并通过理论公式计算出残余应力相关参数。

测试仪器为聚航科技生产的JHMK残余应力检测系统和JHZK残余应力钻孔装置，本测试盲孔法应变释放A系数为0.072，B系数为0.151.

测试布置原则

动臂损坏的主要表现型式为焊缝开裂，本试验旨在测试垂直于焊缝方向的残余应力，故测试点选择在焊缝边缘。并以融合线为零点，依次布置，包含焊缝融合线，热影响区、母材，依据以上原则布置测试点。

设应变花半径为a，当距孔中*为5a时，应力值趋近于无应变花孔时的应力，即应力值随着距应变花孔距离的不断加大而消失。故横向空间两孔*小距离为2倍的5a，等于10a，以满足上述测试条件，这样相邻孔的影响引起的误差不超过2%~3%。

测试部位

测试区域包含动臂正面1~6号测试点，动臂反面7~13号测试点，动臂侧面14~24号测试点，共计24处测试点。

测试结果分析

我们将这2个动臂装机，待其工作500h后，对其残余应力进行了检测，其结果如下：未时效处理动臂*大残余拉应力为250MPa，*大残余压应力为-192MPa。时效处理后动臂残余拉应力大幅减少，并向压应力发展，残余压应力小幅度增大，*大残余拉应力为18MPa，*大残余压应力为-101MPa。拉应力消除率达到92%，压应力消除率达到47%，远大于标准规定的焊接应力消除率大于30%的要求。

由所得的数据对比可知，振动时效消除焊接残余应力效果更为显著。且振动时效工艺则更节省人力、物力、环保。