致力于捕捉残余应力的“良医”

更新时间：2024-11-22  作者: 应力检测

  在北京市大兴区与河北省廊坊市广阳区交界之处，有一个超大型的国际航空综合交通枢纽正在紧张地建设中，内部复杂的钢结构逐渐被造型独特的外壳包裹起来，难以窥见其貌。它有一个暂定的被大家所熟知的名字北京新机场。

  如此庞大的机场建设，其难度可想而知。新机场结构中使用大量钢结构作为骨架，支撑起整个机场的同时，其承受的力也是极其巨大的，存在的载荷风险也自然随之上升。其中一种威胁结构安全的因素就叫作“残余应力”，焊接钢结构越多，焊接节点越多，焊接残余应力就越大，很有可能会带来整体钢结构变形、开裂，甚至倒塌的危险。因此，如何不伤害原有设备的检测出如此庞大的钢结构焊接残余应力，以便控制焊接变形就成为了新机场建设中急需解决的一项重大技术难题。

  而来自北京理工大学检测与控制研究所的教授徐春广及其团队攻克了这一难题，成为了北京新机场建设钢结构的“骨科大夫”。

  夜晚刚下飞机的徐春广，并不能够清闲下来，第二天还有满满的工作在等待他。“空中飞人”是他的一种工作常态。“由于现在残余应力超声不伤害原有设备的检测的需求慢慢的变大、应用越来越广，出于工作需要，我每年只有三分之一或四分之一的时间能够停留在北京。”接受《中国科学报》记者正常采访时，徐春广说。

  徐春广所说的残余应力超声无损害地进行检测系统，正是其团队经过近20年的不断科研攻关取得的研究成果，也成为了解决北京新机场建设钢结构残余应力问题的关键技术。

  利用这一技术，徐春广团队在北京新机场建设过程中，对6万多根钢架和1万多个连接球组成的庞大钢结构进行了残余应力检测，成功排除了其存在的潜在残余应力集中的风险。

  然而，徐春广团队的技术并非一开始就得到了新机场钢结构建设者们的信任。“残余应力在以前并没有真正适合现场钢结构残余应力的无损检测的新方法，在我们被推荐介入到建设工程之初，钢结构项目建设负责人并不十分相信我们的技术能解决这一技术难题，这毕竟是一项全新的无损检测技术。”徐春广说。

  理论到实践是一个很漫长的过程，需要反复地验证考核。要取得严格认真、一丝不苟的机场钢构设计和建筑设计企业的信任和认可，徐春广团队就不得不过五关斩六将。新机场钢结构工程设计和建设项目负责人及其团队曾多次来到徐春广团队的实验室参观了解，从检测理论到工程试验验证，甚至亲自动手、操作、反复验证，各种汇报与说明也不知做了多少次。经过了几个月的多次技术交流和现场试验验证，最终在新机场建设各方齐聚的联合会议上，徐春广以此前残余应力超声无损害地进行检测技术在油气管道、航空航天、国防军工装备上的成功应用实例，赢得了各方的认可，开始了检测工作。

  由于检验测试过程中要求检测设备与检测之处良好贴合，且受高温限制，团队师生只能在寒风瑟瑟的夜晚，乘着起重车爬上高处，一点点地进行检测。

  在北京理工大学领导的全力支持下，在杭州华新检测公司的共同参与下，徐春广团队师生与首都机场多方建设者们一起努力，最终圆满完成了任务。“团队中有的人怕高，但是仪器设施离不开专业技术人员操作，即便害怕也从未停止工作。”徐春广说。

  实际上，新机场建设中钢结构残余应力检测，并非徐春广团队研发出的残余应力超声无损害地进行检测系统的第一次应用。如今的检测系统也不是一蹴而成，而是经历过四五代淘汰、完善之后的产物。

  “最初这一技术产生于2000年左右，是出于军用需求。它真正步入民用是在西部地区沙漠中的管道上。”徐春广说，正是在这次现场研究中，他们发现了当时系统存在的漏洞。

  4800多公里的天然气管道，像是一条大动脉，横穿整个中国大地。然而，残余应力导致的毫无征兆的爆管现象，是让人们头疼的一大问题。因为一旦爆管，既会影响周围人员的生命安全，也会导致大部分地区停气的局面，且维修也十分烦琐，牵一发而动全身。

  徐春广团队未解决这一现实问题，深入实地进行考察。在高温和风沙肆虐的新疆沙漠地区，他们发现残余应力检测系统“失灵”了，检测结果不准确。随后，他们发现温度是影响残余应力检测系统准确度的一大阻碍。

  发现问题后，徐春广团队立刻返回实验室做研究，对系统来进行修改和补偿，最终克服温度问题，提升了系统检测精度。

  因此，徐春广经常对团队的教师和学生们说，“理工科的研究者一定要到现场去，只有在那里才能找到灵感和要解决的问题，研究出的技术才能贴合实际工程的现场需要”。

  如今，徐春广团队研究的残余应力检测技术已形成了国家标准和中石油检验测试标准，并且在石油、石化、航空航天、桥梁钢构等领域得到普遍应用。

  在徐春广看来，他们要做的事情太多了。要成为一名好“大夫”，他们不仅要检测出“病症”所在，更要对症下药。

  因此，如何对大型金属构件的残余应力进行原位消除调控是需要攻克的另一个技术难关，而这一想法很早就埋在了徐春广的心中。

  一次，徐春广团队在新疆野外对管道进行性能测试，以此来检测残余应力变动情况。检测试验非常成功，检测的新方法也得到了同样在现场的用户和试验各方的称赞。然而，在晚饭时，西部管道工程负责人对徐春广说：“你们的残余应力检测的新方法固然很好，却没什么用处。”这让徐春广产生了很大触动，“他告诉我即便我们检测出了管道有残余应力，可是下一步他们该怎么去办呢？现有的消除残余应力的方法并不适用于油气管道”。

  这次茶余饭后的闲谈，却为徐春广接下来的研究指明了方向。“我们得成为既会看病又会治病的“好大夫”，不然会遭人埋怨的。”徐春广笑道。

  从现场归来的飞机上，徐春广写下了一篇关于残余应力原位消除调控的文章。文章发表后，广受好评，相关研究得到了国家自然基金委的支持。

  “有人问我是怎么想到这一方法，并写出这篇稿子的，我说是让别人挤兑出来的。”徐春广说。

  人们往往看到的是科研成果的光芒与荣耀，却很少有人会进一步探索其背后的枯燥与艰辛。今年刚被录取为博士生、师从徐春广的卢钰仁虽未参与过当年的现场，但是实验室是他每日必报到的地方。

  卢钰仁带领记者参观了残余应力超声无损害地进行检测系统和其他一项项成果诞生的实验室。各种各样的管道材料堆在实验室的角落中，那个克服了北京新机场建设和无数残余应力检测难题的利器，只是一指节大小的探头和一台与之相连的电脑，而这却是整个实验室研究团队多年来辛勤汗水的结晶。

  “接下来，我们还需要对残余应力梯度分布不伤害原有设备的检测进行量化，将残余应力不伤害原有设备的检测与调控结合起来，形成独特的无应力制造技术，满足我国高端装备的智能制造和需要。还有非常长的路要跟随着徐老师走下去。”卢钰仁说，他已经做好了准备。