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为什么要测量残余应力?
残余应力有时候是有益的(通常是压缩应力),有时候又是有害的(通常是拉伸应力),并且这些应力是影响许多零部件使用寿命的关键因素之一,特别是那些经常经受疲劳或在应力腐蚀开裂环境中使用的部件。
研究表明,在工件中引入适当大小的残余压应力可以延长其疲劳寿命。如抛丸处理以及适当的磨抛处理可以使工件表面形成压应力层,这层压应力可以抑制裂纹的萌生与扩展,从而提高工件寿命。
因此,准确测定残余应力的大小与分布,在航空领域有着重要的应用前景。
加工过程中 残余应力无处不在
由于锻、轧、铸毛坯的成型过程与工艺方法、工艺参数等因素,残余应力几乎存在于工艺的每个流程。
组件中的Z终应力是从初始材料成型到加工到Z终产品阶段的应力汇总。在生产及使用的各个阶段,这些应力必须平衡。任何时候产生塑性流动(塑性变形)都会导致零件中残余应力的状态发生变化。塑性流动是由制造过程中对零件进行的一些加工操作引起的。铸造,机械加工,磨削,焊接,热处理和表面强化都是制造工艺中改变残余应力的典型例子。
焊接残余应力
在特定制造阶段使用的参数也会改变Z终的合成应力。例如,常规研磨可能导致表面处形成轻微的拉伸应力和中性状态。
在部件的使用过程中,这些低表面应力可能不会对部件产生太大的不利影响。问题是两种研磨手段都会在表面下方产生高拉应力。如果在表面下方拉伸应力深度处发生高加载应力,则部件可能由于载荷而破裂并且残余应力组合超过材料的屈服应力。
此外,表面的损坏(例如工具的无意切口或外物损坏)可能会使拉伸应力暴露于表面并导致产品失效。
机械加工残余应力
制造过程中的焊接也会导致拉应力的产生,特别是在焊缝的底部或热影响区域。焊接过程一般是通过熔化材料并使熔融的材料固化来连接两块固体材料,当焊缝凝固时,它会试图收缩,但受到相邻固体材料的约束。这种约束可能会导致焊缝或热影响区域中产生拉应力。
由上述可知,残余应力存在于加工制造过程中的每一个环节,在各个阶段进行残余应力检测,便于发现变形原因,采取相应措施控制残余应力。
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