盾構機驅(qū)動外殼修復部位殘余應力測試方法

盾構機是隧道挖掘超大型專用設備，廣泛用于鐵路、公路、市政以及水電等隧道工程。盾構機一般由盾構殼、刀盤、人艙、螺旋輸送機、皮帶機、管片安裝機、管片小車和后配套拖車等裝置組成。盾構機驅(qū)動外殼起著支撐刀盤的作用，與之配合的是密封圈。在盾構機工作挖掘過程中，由于外力的作用使沙石泥土等進入密封圈，導致密封圈與驅(qū)動外殼密封位摩擦磨損。磨損量達到一定程度會導致盾構機癱瘓。

某公司對某型號盾構機驅(qū)動外殼密封位磨損進行修復，修復的盾構機驅(qū)動外殼密封位為四道密封全部磨損，磨損最深處達7mm，寬度95mm，長度約9200mm，采用熱焊的方式進行尺寸恢復。焊接必然會產(chǎn)生殘余應力，殘余應力會影響工件的強度和使用壽命。為了了解盾構機驅(qū)動外殼修復部位殘余應力的分布，就需要對修復部位進行殘余應力測試。

焊接殘余應力的危害

焊接熱源對構件的不均勻加熱、冷卻以及由加熱和冷卻而產(chǎn)生的不均勻塑性流動，使構件在焊后形成不均勻彈塑性應變的分布，這是產(chǎn)生焊接殘余應力和變形的內(nèi)在原因。殘余應力的存在，一方面會降低工件的強度，造成變形和開裂等工藝缺陷；另一方面又會在自然釋放過程中降低材料的疲勞強度，從而造成使用中出現(xiàn)問題。因此，在施焊前必須綜合考慮殘余應力的影響，了解殘余應力分布情況。

殘余應力測試方法及儀器

目前，殘余應力測試方法主要有機械法和物理檢測法兩種。機械法包括盲孔法、環(huán)芯法、切槽法等，機械法需釋放應力，需要對工件局部分離或者分割，從而會對工件造成一定的損傷。目前，盲孔法是現(xiàn)場測試中廣泛應用的方法之一，破壞性小，工藝簡單。物理檢測法主要有x射線、磁測法等，這些方法均屬于無損檢測，對工件不會造成破壞。

本次采用盲孔法測試盾構機驅(qū)動外殼修復部位的殘余應力。鉆孔直徑1.5mm，深度為1.5mm。設備采用聚航科技生產(chǎn)的JHMK殘余應力測試系統(tǒng)，由JHYC靜態(tài)應變儀和JHZK鉆孔裝置組成，儀器精度高，測量結果準確。

殘余應力測試結果及分析

測試部位在盾構機外圈內(nèi)徑，殘余應力測試結果如下，其中ε_x、ε_y、ε₄₅分別為應變花對應x軸、y軸以及45°方向的應變柵中測出的應變量，σ₁和σ₂分別為測點的第一和第二主應力，θ為第一主應力與x軸的夾角，表中+表示拉應力，-表示壓應力。

分析試驗結果，可以看出

1. 盾構機驅(qū)動外殼磨損處的原始殘余應力沿周向為較大的拉應力，徑向為壓應力。

2. 盾構機驅(qū)動外殼磨損處修復處理后的殘余應力均比原始磨損處的殘余應力低。