异种金属的焊接在工业中有许多应用，尤其是在食品工业和核工业中，它们都需要保持设备的完整性。碳钢和不锈钢之间或不锈钢和铜之间的接头是最常见的接头类型之一。在使用具有异质材料接头的设备时，由于不知道它们的制造和热处理工艺，所以热量和尺寸的变化常常难以预测。在本节中，主要讲述使用盲孔法来测量MIG/MAG焊接工艺下不同焊缝中的残余应力，以便评估其各项使用性能。
本节中所测量的焊缝为ASTM A36碳钢与AISI 304不锈钢的异质焊接，AISI 316L不锈钢被用作填充金属。添加材料的熔滴过渡形式为粗滴过渡。使用的气体是氩气，流量为23 L/min。线速度为6 m/min，干伸长度为25 mm。所用喷嘴的外径为25 mm，内径为15 mm。焊道的长度为230 mm。一共执行了8条焊道。有必要在80～100℃之间加热碳钢板，但是不能让温度超过200℃。焊道之间的最高温度大约为100℃。每条焊缝所用的电流、电压以及焊接时间详见表4-7。
表4-7 每条焊缝的所用工艺参数
在焊接试样的24个点上进行应变的测量并计算它们的残余应力。其中6个点位于焊缝根部，另外18个点在焊缝顶部，分别是不锈钢板上6个点、焊道上6个点、碳钢上6个点，如图4-27所示。字母P表示位置，字母R表示应变花。
图4-27 焊接试样中残余应变测量点示意图（参见彩图附图9）
利用“盲孔法”测量残余应变，这是一种半破坏性的方法，但在某些情况下可以认为是非破坏性的。该方法首先要在待测试样表面安装应变计（R应变花），如图4-28所示，然后在这些应变花的中心加工一个小而浅的孔，并测量其邻近处的应变变化，最后从这些数据中计算出残余应变。
应变松弛的计算是利用下式［3］：
图4-28 残余应力测量中常用的应变花［50］（参见彩图附图10）
式中，ΔR＝Rf－Ri（Ω），对应于每次钻孔增量；Ri为首次钻孔增量前的电阻应变计读数，Rf是每次钻孔增量后的电阻应变计读数。
在计算完应变松弛之后，必须验证残余应变场是否均匀。基于此，并遵照ASTM E 837-01和Technical Note Tech Note TN 503-6［50］的建议来计算应力：如果应力场均匀，计算主应力的大小及方向；如果应力场不均匀，则计算等效均匀的主残余应力及它们的方向。图4-29展示的是残余应变测量系统。(www.xing528.com)
图4-29 盲孔法的残余应变测量系统——Vishay Model RS-200
在应变计黏合后，将图4-29所示设备放置好，使得钻头的中心与应变花的中心重合。测量并记录每个应变计的电阻初始值。为了获得应力释放，钻头以每步0.209 mm的深度下钻，直至深度Z＝1.981 mm。实验温度为25℃。图4-30展示的是设备及钻头的放置位置。
图4-30 在应变花中心钻孔
在图4-27中给出了焊接板和研究点的位置，同时也标记了应变花，焊接方向是从P7到P12。特雷斯卡屈服准则被引入应力的处理中，目的是分析所获得的残余应力的总体状态。图4-31～图4-35给出异质焊接A36碳钢和304不锈钢的残余应力结果。
图4-31 A36碳钢板顶部的均匀等效残余应力
图4-32 AISI304不锈钢板顶部的均匀等效残余应力
图4-33 焊缝顶部的均匀等效残余应力
图4-34 焊缝根部的均匀等效残余应力
图4-35 适用于所研究点的特雷斯卡屈服准则
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