Evaluation of hoop residual stress variations in the thickness of dissimilar welded pipes by using the LCR ultrasonic waves

Abstract

Original scientific paper Stress measurement by using ultrasonic waves is based on acoustoelasticity law, i. e. the relation between stress and wave velocity in engineering materials. Longitudinal critically refracted (LCR) wave is a popular ultrasonic wave in the ultrasonic stress measurement application. The LCR wave is a bulk longitudinal wave that travels within an effective depth underneath the surface. This paper evaluates hoop residual stress variation in the thickness of a pipe. The pipe is manufactured by welding two dissimilar pipes from AISI stainless steel 304 and carbon steel A106-B type. The residual stresses variations in the thickness of pipe are measured by using four different frequencies of transducers while the nominal frequencies are 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz and 5 MHz. Using different frequencies enables the LCR waves to penetrate in different depths and measure the bulk stresses of pipe. It has been shown that the stress difference between inner and outer surfaces of pipes and also between the stainless steel and carbon steel side of dissimilar pipe can be evaluated by using the LCR waves.Keywords: acoustoelastic effect; dissimilar welded joint; LCR wave; ultrasonic stress measurement; welding residual stress Ocjena varijacija cirkularnih zaostalih naprezanja u debljini različito zavarenih cijevi pomoću LCR ultrazvučnih valovaIzvorni znanstveni članak Mjerenje naprezanja pomoću ultrazvučnih valova temelji se na akustičnoelastičnom zakonu, t.j.odnosu između naprezanja i brzine valova u inženjerskim materijalima. Uzdužni kritički lomljen -Longitudinal critically refracted (LCR) val je popularni ultrazvučni val u primjeni ultrazvučnog mjerenja naprezanja. LCR val je masovni uzdužni val koji putuje na efektivnoj dubini ispod površine. U ovom radu procjenjuje se varijacija cirkularnog zaostalog naprezanja u debljini cijevi. Cijev je proizvedena zavarivanjem dviju različitih cijevi od nehrđajućeg čelika AISI 304 i ugljičnog čelika tipa A106-B. Varijacije zaostalih naprezanja u debljini cijevi mjere se pomoću četiri različite frekvencije pretvarača, dok su nominalne frekvencije 1 MHz, 2 MHz, 4 MHz i 5 MHz. Uporabom različitih frekvencija omogućeno je LCR valovima da prodru do različitih dubina i mjere veličinu naprezanja cijevi. Pokazalo se da se razlika u naprezanju između unutarnje i vanjske površine cijevi i također između strane cijevi od nehrđajućeg čelika i one od ugljičnog čelika može procijeniti pomoću LCR valova.Ključne riječi: akustičnoelastični učinak; različito zavaren spoj; LCR val; ultrazvučno mjerenje naprezanja; zaostalo naprezanje kod zavarivanja