起重機軌道截面多為工字形，軌道頂部為凸狀，底部配有一定寬度的平板以增加與基礎(chǔ)的接觸面，具有良好的抗彎強度。起重機軌道通常采用C、Mn含量較高的U71Mn鋼軋制而成?？紤]到起重機運行的平穩(wěn)性，通常需要焊接。然而，起重機軌道在焊接時接頭內(nèi)會產(chǎn)生較大的殘余應(yīng)力，在使用過程中容易產(chǎn)生疲勞裂紋。

本文對起重機軌道進行堆焊及對接試驗，用小孔法測殘余應(yīng)力分布情況，并分析其產(chǎn)生原因，最后，提出消除焊接殘余應(yīng)力的方法。

試驗材料介紹

本次試驗采用150mm長110kg級軌道鋼作為母材分別進行對接、堆焊試驗。對對接接頭、堆焊分別采用焊條電弧焊、CO₂氣體保護焊進行焊接。選用直徑分別為4mm、5mm的大西洋焊材CHE50和直徑為4mm的J857作為110kg軌道鋼對接接頭的填充材料，選用直徑為1.4mm的京雷焊材GFL-71作為110kg軌道鋼堆焊的填充材料，選用濃度為99.99%的CO₂作為保護氣體。

使用儀器介紹

本次試驗殘余應(yīng)力檢測儀采用聚航科技的JH-30殘余應(yīng)力檢測儀和JHZK殘余應(yīng)力鉆孔裝置，該儀器操作簡單，可直接讀出結(jié)果。

殘余應(yīng)力檢測步驟

在測量之前，打開應(yīng)變儀，連接好導(dǎo)線，電烙鐵要預(yù)先加熱，要準備好各種工具。

具體測量步驟如下：

1. 對試板表面進行處理，用砂輪去除焊縫余高，再用鐵刷或砂布去除試板表面的氧化皮和銹跡，然后用100目左右的砂布交叉打磨，達到Ra值3.2-6.4，用丙酮擦拭試板，初步去除試板表面的油污。根據(jù)試驗方案，用劃針輕輕劃出應(yīng)變片粘貼位置。用棉花球或砂布蘸取丙酮多次擦洗，直至棉花球或砂布無污漬為止，徹底消除試板表面殘留鐵屑。表面處理是殘余應(yīng)力測試過程中的一個重要環(huán)節(jié)，根據(jù)粘貼應(yīng)變片的要求，必須保證試板粘貼表面無油污，清洗過的試板表面不得用手或其他物體接觸。

2. 應(yīng)變片的粘貼

粘貼應(yīng)變片之前，應(yīng)檢查應(yīng)變片的外觀，防止應(yīng)變片質(zhì)量問題對試驗帶來不利影響。用棉花蘸少量丙酮對應(yīng)變片粘貼面進行表面處理，去除可能存在的油污。采用502膠水進行貼片，在試板應(yīng)變片粘貼標記位置滴上一小滴膠液，然后放置在工件表面，此時，可以微動應(yīng)變片，以確保應(yīng)變片的位置正確。最后在應(yīng)變片上面覆蓋一張聚四氟乙烯薄膜，用大拇指壓1-2分鐘后，檢查貼片是否成功。

3. 焊接應(yīng)變片引線

用502膠將端子粘在被測物件上，用20-30w電烙鐵將引出線與端子焊接起來，再把端子與導(dǎo)線焊接起來。應(yīng)力測量儀調(diào)零，觀察應(yīng)力測量儀數(shù)值是否穩(wěn)定，若不穩(wěn)定，要重新檢查應(yīng)變片的焊接點是否焊好或應(yīng)變片是否與其他金屬接觸導(dǎo)致短路。

4. 鉆孔

選用尺寸Φ1.5mm的鉆頭，打開手電鉆對準應(yīng)變片上的中心點鉆孔，保持阻力盡可能穩(wěn)定，并垂直于工件表面，壓力適中，直鉆到預(yù)定孔深，拔出鉆桿。待10-20分鐘后，直到顯示器上的讀數(shù)逐漸穩(wěn)定后，按打印按鈕，直到數(shù)據(jù)自動打印出來。

5. 按同樣的方法依次對所有點進行測量

數(shù)據(jù)分析

根據(jù)對接接頭不同位置處縱向殘余應(yīng)力的變化曲線，發(fā)現(xiàn)焊縫中心處殘余應(yīng)力最大，距離焊縫中心越遠，殘余應(yīng)力越小。另外，還發(fā)現(xiàn)軌道蓋面層處測得的殘余應(yīng)力比其他部位的殘余應(yīng)力要高，這可能是由兩方面原因造成的。首先，該處選擇的焊材為耐磨材料，具有較高的硬度和拘束力；其次，該位置處于軌道最上面，焊接層數(shù)最多。根據(jù)軌道兩側(cè)堆焊層不同位置的殘余應(yīng)力曲線可知，焊縫中心處殘余應(yīng)力最大，距離焊縫越遠，殘余應(yīng)力越小。該部位的焊接殘余應(yīng)力明顯高于對接接頭，這與軌道在使用過程中容易在該位置形成疲勞裂紋，造成焊接構(gòu)件損壞是相吻合的。

結(jié)論

通過對起重機軌道小孔法測殘余應(yīng)力結(jié)果，得出以下結(jié)論；

1. 焊縫中心殘余應(yīng)力最大，且離焊縫中心越遠，殘余應(yīng)力越小，主要原因是焊縫中心熱輸入最大。

2. 在軌道蓋面層處測得的殘余應(yīng)力高于其他位置。這可能是由兩個原因造成的。首先，該處選擇的焊材為耐磨材料，具有較高的硬度和拘束力；其次，該位置處于軌道最上面，焊接層數(shù)對多。

1. 3.軌道堆焊處殘余應(yīng)力明顯高于對接接頭。這可能是由于對接焊時使用了工裝來控制其變形，而堆焊過程中沒有使用工裝來限制其變形，從而形成較大的殘余應(yīng)力。