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残余应力产生的原因及检测方法介绍

更新日期: 2023-02-08
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残余应力是工件在制造过程中,将受到来自各种工艺等因素的作用与影响;当这些因素消失之后,若构件所受到的上述作用与影响不能随之而完全消失,仍有部分作用与影响残留在构件内,则这种残留的作用与影响就是残余应力。.

残余应力产生的主要原因有三个:

1、热变化

当工件从高温(例如焊接后)冷却后,整个受热面的冷却速率通常会有很大差异。工件的表面和内部所经历的冷却速率的差异导致热收缩的局部变化。不同的热收缩会产生不均匀的应力。在冷却过程中,表面以更快的速度冷却,从而压缩了中心处的加热材料。当中心的材料试图冷却时,它受到较冷的外部材料的约束。因此,内部将具有残余拉伸应力,而部件的外部将具有残余压缩应力。

2、相变

当材料进行相变时,新形成的相与尚未经历相变的周围材料之间发生体积差。体积差异导致材料膨胀或收缩,从而导致残余应力。

3、机械加工

当塑性变形在经历制造过程(例如弯曲,拉伸,挤压和轧制)的工件的横截面中不均匀时,也会产生残余应力。当一种材料变形时,一个部件是弹性的而另一塑料。一旦消除了载荷,材料将尝试恢复变形的弹性部分,但由于相邻的塑性变形材料而被阻止完全恢复。

现阶段行业内主要使用以下几种方法检测残余应力:

1、盲孔法
盲孔法的优点在于有较好精度,而缺点也比较明显,即检测过程中需要损坏材料的结构。

2、X射线衍射法
X射线衍射法经过了市场的检验,优点是技术较为成熟且稳定,缺点是检测仪器比较笨重,操作耗时且伴随着辐射。

3、超声波应力检测法
超声波应力检测法的优点在于操作简便、快速、不损伤材料,也不会对检测人员造成伤害。而它的缺点就在于这是一项新的技术,虽然经过多家大型实验室的测验,但是市场检验度还不够高。

STRESS-X 是一款残余应力检测分析仪,符合 ASTM E915 及 EN 15305 残余应力分析检测标准。仪器的衍射单元安装在6自由度的机器人臂上,通过移动机械臂可对各种形状和尺寸的样品进行检测。整个测试系统可封装在密闭的舱体中用于实验室分析,也可安装在四轮合金推车上用于现场分析,进行移动测量大型工件各个部位的残余应力。

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