电化学腐蚀方法测冷弯帽型截面残余应力.pdf

钢结构工程研究 钢结构 2006 增刊 82 电化学腐蚀方法测冷弯帽型截面残余应力 胡高茜 赵 峰 武汉科技大学城市建设学院 武汉 430070 提 要 本文研究了用电化学腐蚀方法测构件残余应力的实施方法 并用此方法测试了帽型截面的冷弯残 余应力 给出了冷弯薄壁型钢帽型截面残余应力分布的基本规律 关键词 帽型截面 电化学腐蚀 残余应力 1 前言 电化学腐蚀一般指金属与介质起电化学作用而发生的腐蚀 1 利用电化学腐蚀方法进 行切条测试冷弯薄壁型钢残余应力 可以克服了机械或手工切条的弊端带来的测量冷弯残 余应力的困难 提高测试精度 是测试冷弯薄壁型钢构件残余应力的行之有效方法 2 电化学腐蚀切条法实验 2 1 电化学腐蚀切条法的基本原理 电化学腐蚀方法测量残余应力的基本原理是 将试件作为电化学反应的阳极 通过施 加一定的电能 迫使试件 阳极 电离出铁离子 与电解液中的负离子结合 形成铁化合 物沉积出来 将切割具作为电化学反应的阴极 使电解液中的正离子 H 在阳极得到电子 变成氢气溢出 如此循环往复 阳极的铁就逐渐被腐蚀 在试件不需要被腐蚀的位置涂上 保护材料 这样这些区域就不会被腐蚀 切割具的形状与需要腐蚀的部位形状完全一致 因而形成了定向腐蚀 达到将试件切割成条的目的 本文以冷弯帽型截面为例对这种方法的工艺 电解液的配方 电阻应变片的防腐及切 割具等做了试验研究 取得了一定的成果 2 2 电化学腐蚀速度 电化学腐蚀速度 V 可以应用下列近似关系式 V I Ad 1 式中 I 电流强度 电解液导电能力 A 被腐蚀区的面积 d 阳极与阴极的距离 由上式可以知道 腐蚀速度与电流强度 电解液导电能力成正比 与被腐蚀区面积 阳极与阴极的距离成反比 另外 导电率随温度升高而增大 2 2 3 冷弯帽型截面试件尺寸和测点布置 试件采用厚度分别为 2 0mm 2 5mm 3 0mm 的钢板 Q235B 在弯板机上 冷弯成 钢结构工程研究 钢结构 2006 增刊 83 帽型截面 截面尺寸分别为帽形0 2256060 帽形5 2256060 帽形 3 0256060 每段试件长度均取为 160mm 如图 2 1 所示 图 2 1 试件的长度根据切条的长度等因素来确定的 按电阻应变片的尺寸 切条宽度采用 13mm 切条长度为 65mm 如图 2 2 所示 约等于标准拉伸试验等效的 10d0 d0为标准 试件的直径 电阻应变片布置在每一条的中央 试件的总长度为 160mm 放在电解池中 试件要腐蚀的部份要全部淹没在电解液中 试验的电化学腐蚀装置见图 2 3 图 2 2 聚苯乙烯胶和硅胶保护区 以截面中部处板为示意 图 2 3 电化学腐蚀切条装置 钢结构工程研究 钢结构 2006 增刊 84 2 4 电解液配方和防腐材料的选择 经过对十几种酸试液配方进行试验比较 可采用以下两种配方 配方一 盐酸 15ml 水 75ml 配方二 草酸 5g 盐酸 5ml 水 95ml 经试验比较 我们选用硅胶和聚苯乙烯胶两种防腐材料 切条处采用双层保护 即第 一层涂硅胶 第二层涂聚苯乙烯胶 普通保护区涂聚苯乙烯胶 2 5 切割具设计 切割具先后设计了几种形状 经过试验比较 最后采用了 1 2mm 厚的铜板加工制成的 内 外切割具 内外切割具的尺寸以及其与试件放置的位置关系如图 2 4 所示 2 1 1 11 2 2 2 1 外切割具 2 内切割具 图 2 4 内 外切割具形状 2 6 冷弯帽型截面残余应力测试结果 试件上电阻应变片的布置及测试编号如图 2 5 所示 图 2 5 电阻应变片编号及布置 钢结构工程研究 钢结构 2006 增刊 85 对于厚度分别为 2 0mm 2 5mm 3 0mm 的冷弯帽型截面试件 每种厚度分别准备三 组试件进行试验 然后对试验测得应变大小取平均值作为该厚度试件的试验值 实际试验 的残余应变值测试结果如表 1 表 3 所示 表 1 2 0mm 厚冷弯帽型截面试件残余应变值测试结果 测 点 编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 切 条 方 法 试 件 编 号 测 得 应 变 值 E 1 398 688 702 56 631262 252 654 48 689 690 379 2 379 652 693 48 677280 204 661 23 608 688 382 3 388 649 696 21 625205 220 626 39 693 691 391 388 3 663 697 27 7 644 3249 225 3 647 21 3663 3 689 7 384 r 79 6 136 142 9 5 7 132 151 46 2 132 6 4 4 136 141 4 78 7 电 化 学 腐 蚀 r fy 0 23 0 40 0 42 0 017 0 390 15 0 136 0 39 0 0130 40 0 42 0 23 表 2 2 5mm 厚冷弯帽型截面试件残余应变值测试结果 测 点 编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 切 条 方 法 试 件编 号 测 得 应 变 值 E 1 421 671 649 38 702232 220 66242 646 752 416 2 435 692 660 41 697228 225 65412 658 705 425 3 437 728 683 25 710296 303 67931 730 679 418 431 697 664 7 3 703252 249 3 66528 3 678 712 419 7 r 88 8 143 136 1 1 5 144 151 7 51 1 136 35 8 139 146 86 电 化 学 腐 蚀 r fy 0 26 0 42 0 40 0 00440 420 152 0 15 0 400 017 0 41 0 43 0 25 表 3 3 0mm 厚冷弯帽型截面试件残余应变值测试结果 测 点 编 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 切 条 方 法 试 件 编 号 测 得 应 变 值 E 1 442 740 41 729294 260 732 38 745 738 400 钢结构工程研究 钢结构 2006 增刊 86 1 442 740 41 729294 260 732 38 745 738 400 2 448 751 680 53 725262 241 720 47 705 749 439 3 445 713 702 25 758293 295 70632 701 752 405 445 732 707 3 23 737 3283 265 3 713 17 7 717 746 3 414 7 r 91 2 150 1 145 4 7215158 54 4 146 2 3 6 147 153 85 r fy 0 27 0 44 0 43 0 0140 440 17 0 16 0 43 0 011 0 43 0 45 0 25 备 注 表中所示应变值 以压应变为负 拉应变为正 没有数值的地方为应变片失效 fy 和 E 取实 测均值 fy 345 7N mm 2 E 2 24X105 N mm2 图 2 6 2 8 为厚度分别为 2 0mm 2 5mm 和 3 0mm 的冷弯帽型截面残余应力的分布图 厚构件 负值表示残余压应力 正值表示残余拉应力 图 2 6 2 0mm 厚冷弯帽型截面残余应力分布 厚构件 负值表示残余压应力 正值表示残余拉应力 图 2 7 2 5mm 厚冷弯帽型截面残余应力分布 厚构件 负值表示残余压应力 正值表示残余拉应力 图 2 8 3 0mm 厚冷弯帽型截面残余应力分布 2 7 试验结果分析 1 帽型截面外侧表面在阳角附近区域存在着纵向受拉残余应力 内侧表面上则存在着 纵向受压残余应力 且截面同一位置处内外两侧表面上的残余压 拉应力大小接近相等 钢结构工程研究 钢结构 2006 增刊 87 阴角处则相反 2 转角处出现应力峰值 约 0 45 y f 3 随着构件厚度的增大 其冷弯残余应力有增大的趋势 3 结论 1 电化学腐蚀方法是测试冷弯薄壁型钢构件残余应力的行之有效方法 2 冷弯薄壁型钢构件存在较大的从向残余应力 并随着构件厚度增大而增大 因此在 冷弯薄壁型钢构件整体稳定分析中应予以具体考虑其影响 参 考 文 献 1 化工辞典 化学工业出版社 2003 2 曹素忱主编 化学试剂与精细化学品合成基础 无机分册 高等教育出版社 1991 The Best Quantity of the Stiffer Plate and It s Disposition Method of the Hat Shape Section with Stiffer Plate Hu Gaoqian Zhao Feng College of Urban Construction Wuhan University of Science and Technology Wuhan 430070 Abstract In this paper we study how to measure the member s remnant stress with the electro chemical corrosion method With this method we test the hat shape section member s cold formed remnant stress i