盾构机驱动外壳修复部位残余应力测试方法

时间：2023-06-20

盾构机是隧道挖掘**大型**设备，广泛用于铁路、公路、**以及水电等隧道工程。盾构机一般由盾构壳、刀盘、人舱、螺旋输送机、皮带机、管片安装机、管片小车和后配套拖车等装置组成。盾构机驱动外壳起着支撑刀盘的作用，与之配合的是密封圈。在盾构机工作挖掘过程中，由于外力的作用使沙石泥土等进入密封圈，导致密封圈与驱动外壳密封位摩擦磨损。磨损量达到一定程度会导致盾构机瘫痪。

某公司对某型号盾构机驱动外壳密封位磨损进行修复，修复的盾构机驱动外壳密封位为四道密封全部磨损，磨损较深处达7mm，宽度95mm，长度约9200mm，采用热焊的方式进行尺寸恢复。焊接必然会产生残余应力，残余应力会影响工件的强度和使用寿命。为了了解盾构机驱动外壳修复部位残余应力的分布，就需要对修复部位进行残余应力测试。

焊接残余应力的危害

焊接热源对构件的不均匀加热、冷却以及由加热和冷却而产生的不均匀塑性流动，使构件在焊后形成不均匀弹塑性应变的分布，这是产生焊接残余应力和变形的内在原因。残余应力的存在，一方面会降低工件的强度，造成变形和开裂等工艺缺陷；另一方面又会在自然释放过程中降低材料的疲劳强度，从而造成使用中出现问题。因此，在施焊前必须综合考虑残余应力的影响，了解残余应力分布情况。

残余应力测试方法及仪器

目前，残余应力测试方法主要**械法和物理检测法两种。机械法包括盲孔法、环芯法、切槽法等，机械法需释放应力，需要对工件局部分离或者分割，从而会对工件造成一定的损伤。目前，盲孔法是现场测试中广泛应用的方法之一，破坏性小，工艺简单。物理检测法主要有x射线、磁测法等，这些方法均属于无损检测，对工件不会造成破坏。

本次采用盲孔法测试盾构机驱动外壳修复部位的残余应力。钻孔直径1.5mm，深度为1.5mm。设备采用聚航科技生产的JHMK残余应力测试系统，由JHYC静态应变仪和JHZK钻孔装置组成，仪器精度高，测量结果准确。

残余应力测试结果及分析

测试部位在盾构机外圈内径，残余应力测试结果如下，其中ε_x、ε_y、ε₄₅分别为应变花对应x轴、y轴以及45°方向的应变栅中测出的应变量，σ₁和σ₂分别为测点的**和*二主应力，θ为**主应力与x轴的夹角，表中+表示拉应力，-表示压应力。

测量部位	工序	ε_x/μm	ε_y/μm	ε₄₅/μm	σ₁/MPa	σ₂/MPa	Θ（°）
盾构机驱动外壳修复处	修复前	+58.09	-30.09	-72.09	+211	-111	+9.8
盾构机驱动外壳修复处	修复后	-84.00	+15.38	+107.09	+141	-305	+2.3

分析试验结果，可以看出

1. 盾构机驱动外壳磨损处的原始残余应力沿周向为较大的拉应力，径向为压应力。

2. 盾构机驱动外壳磨损处修复处理后的残余应力均比原始磨损处的残余应力低。

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