射线衍射方法测量残余应力的原理与方法

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X射线衍射方法测量残余应力的原理与方法

什么是残余应力

外力撤除后在材料内部残留的应力就是残余应力。但是，习惯上将残余应力分为微观应力和宏观应力。两种应力在X射线衍射谱中的表现是不相同的。微观应力是指晶粒内部残留的应力，它的存在，使衍射峰变宽。这种变宽通常与因为晶粒细化引起的衍射峰变宽混杂在一起，两者形成卷积。通过测量衍射峰的宽化，并采用近似函数法或傅立叶变换方法来求得微观应力的大小。宏观应力是指存在于多个晶体尺度范围内的应力，相对于微观应力存在的范围而视为宏观上存在的应力。一般情况下，残余应力的术语就是指在宏观上存在的这种应力。宏观残余应力（以下称残余应力）在X射线衍射谱上的表现是使峰位漂移。当存在压应力时，晶面间距变小，因此，衍射峰向高度度偏移，反之，当存在拉应力时，晶面间的距离被拉大，导致衍射峰位向低角度位移。通过测量样品衍峰的位移情况，可以求得残余应力。

X射线衍射法测量残余应力的发展

X射线衍射法是一种无损性的测试方法，因此，对于测试脆性和不透明材料的残余应力是最常用的方法。20世纪初，人们就已经开始利用X射线来测定晶体的应力。后来日本成功设计出的X射线应力测定仪，对于残余应力测试技术的发展作了巨大贡献。1961年德国的提出了X 射线应力测定的sin2ψ法，使应力测定的实际应用向前推进了一大步。

X射线衍射法测量残余应力的基本原理

Ｘ射线衍射测量残余内应力的基本原理是以测量衍射线位移作为原始数据，所测得的结果实际上是残余应变，而残余应力是通过虎克定律由残余应变计算得到的。

其基本原理是：当试样中存在残余应力时，晶面间距将发生变化，发生布拉格衍射时，产生的衍射峰也将随之移动，而且移动距离的大小与应力大小相关。用波长λ的X射线，先后数次以不同的入射角照射到试样上，测出相应的衍射角2θ，求出2θ对sin2ψ的斜率M，便可算出应力σψ。

Ｘ射线衍射方法主要是测试沿试样表面某一方向上的内应力σφ。为此需利用弹性力学理论求出σφ的表达式。由于Ｘ射线对试样的穿入能力有限，只能探测试样的表层应力，这种表层应力分布可视为二维应力状态，其垂直试样的主应力σ3≈0(该方向的主应变ε3≠0)。由此，可求得与试样表面法向成Ψ角的应变εΨ的表达式为：

εψ的量值可以用衍射晶面间距的相对变化来表示，且与衍射峰位移联系起来，即：

式中θ0为无应力试样衍射峰的布拉格角，θψ为有应力试样衍射峰位的布拉格角。

于是将上式代入并求偏导，可得：

其中K是只与材料本质、选定衍射面HKL有关的常数，当测量的样品是同一种材料，而且选定的衍射面指数相同时，K为定值，称为应力系数。M是（2θ）-sin2ψ直线的斜率，对同一衍射面HKL，选择一组ψ值（0°、15°、30°、45°），测量相应的（2θ）ψ以（2θ）-si n2ψ作图，并以最小二乘法求得斜率M，就可计算出应力（φ是试样平面内选定主应力方向后，测得的应力与主应力方向的夹角）。由于K<0，所以，M<0时，为拉应力，M>0时为压应力，而M=0时无应力存在。

样品与衍射面之间的关系

衍射仪测量测量残余应力的实验方法

在使用衍射仪测量应力时，试样与探测器θ-2θ关系联动，属于固定ψ法。通常ψ=0°、15°、30°、45°测量数次。

当ψ=0时，与常规使用衍射仪的方法一样，将探测器(记数管)放在理论算出的衍射角2θ处，此时入射线及衍射线相对于样品表面法线呈对称放射配置。然后使试样与探测器按θ-2θ联动。在2θ处附近扫描得出指定的HKL衍射线的图谱。当ψ≠0时，将衍射仪测角台的θ-2θ联动分开。先使样品顺时针转过一个规定的ψ角后，而探测器仍处于0。然后联上θ-2θ联动装置在2θ处附近进行扫描，得出同一条HKL衍射线的图谱。

最后，作2θ-sin2ψ的关系直线，最后按应力表达σ=K·Δ2θ/Δsin2ψ= K·M求出应力值。

残余内应力测试的数据处理

由布拉格方程可知，θ角越大则起测量误差引起△ｄ/ｄ的误差越小，所以测量时应选择θ角尽量大于衍射面。取n个不同的ψ角度进行测定2θi(i=1，2，3，…，n)，一般可取n≥4，采用数据处理程序对2θΨ的原始测量数据进行扣除背底、数值平滑、确定峰位等处理后给出2θΨ值然后采用最小二乘法将各数据点回归成直线：设直线方程为：

其中：

式中n为测量数据的数目。由上式可求得直线斜率M。

查出弹性模量E和泊松比υ，可计算出K，然后由σ=K·M求出应力。

衍射峰位的确定

在宏观应力测量中，准确地测定衍射峰的位置是极其重要的。常用的定峰方法很多，如半高宽法、1/8高度法、峰顶法、切线法等，三点抛物线拟合定峰法等。

最常用的是三点抛物线法，这是一种较为精确而不过于繁杂的定峰位法。即：在衍射峰顶附近取以等角度间隔Δ2θ分开的三个数据点，求得其抛物线顶点。

利用MDI Jade，确定峰位的方法很多。寻峰是最简单的峰位确定方法，寻峰报告中显示了衍射峰的峰位、强度等相关的数据；计算峰面积命令也不失为一种好的方法，峰位精确性应在寻峰方法之上；第三种方法就是对峰进行拟合，通常采用抛物线拟合方法（Jade中有多种函数拟合法，详见《X射线衍射数据软件JADE的中文操作手册》，拟合时不需

要扣除背景和Kα2，Jade会自动扣除其影响，但需要适当平滑。另外，中有应力计算功能，但发现JADE5无此功能，但可以进行峰的拟合。

其它软件也可以完成峰的拟合，计算出峰的位置。

用Ｘ射线法测定应力中存在的问题

在平面应力的假定下，由2θ-sin2ψ直线的斜率来求测宏观应力，是常规的应力测定方法。但在测量中往往发现其2θ-sin2ψ关系偏离线性，呈曲线、分裂或波动现象，这表明在材料中存在应力梯度、垂直表面的切应力或织构。“ψ分裂”是指在ψ和-ψ方向测定得到不同的2θ(ε)值，使2θ-sin2ψ曲线分成两支。我们知道，这是垂直于表面的切应力σ13、σ23≠0的结果。对此问题的粗略处理是取±ψ测量值的平均，计算平均的应力值。在应力的Ｘ射线测定中，还可能存在2θ-sin2ψ关系的“振荡”现象，表明材料中存在明显的织构。在实验过程中可选用高衍射角，低对称性的高指数衍射面衍射线，这样的衍射线较少受织构的影响。

残余应力测量实验方法的发展

X射线的穿透深度较小，只能测量材料表面的残余应力，如果需要测量材料内部的残余应力，或者测量应力梯度，其能力则显得有些苍白。通常解决的办法是需要采用剥层法。即对样品逐层剥离，测量每层表面的应力，然后采用一定的算法扣除因为剥层造成的应力松弛，换算成各层真实的应力。

近年来，有人采用中子衍射法和同步辐射X射线透过法来测量材料深度的残余应力。

中子衍射法是一种测量结构内部应力的常用方法。中子衍射法以中子流为入射束，照射试样，当晶面符合布拉格条件时，产生衍射，得到衍射峰。该方法的原理与普通X射线衍射方法类似，也是根据衍射峰位置的变化，求出应力。但与普通X射线衍射法相比，中子衍射法利用中子能穿透试样较大深度的特性，可以测得样品内部残余应力，且适于对大块试样进行测定。因此，中子衍射法对测定样品内部平均残余应力具有很大的优越性。

因为同步辐射X射线的强度高可以透过样品，国外已有学者采用透过法测量金刚石与硬质合金复合层的内部残余应力。

残余应力计算软件的使用

1 数据测量

先对样品作一个70-140°范围内的扫描，观察样品的衍射峰情况，选择一个强度较高，不漫散，衍射面指数较高的衍射峰作为研究对象峰。按照残余应力测量的要求，设置不同的ψ（0°，15°，30°，45°）角，以慢速扫描方式测量不同ψ角下的单峰衍射谱。每个ψ角的测量数据保存为一个文件，如00，10，20，30，40等。

值得注意的是，通常高角度衍射峰都是很漫散的，对精确地确定峰位有困难，但是，如果所选衍射峰的角度太低，在ψ=45°时，可能不出现衍射峰或者峰强极低而漫散，同样带来计算误差。这时只能选择ψ

较小的数据，如ψ=0°，10°，20°，30°，40°）并且尽量地多选择几个ψ角来测量，使实验数据更加密集，减小实验误差，还有就是选择ψ角时，尽量使sin2ψ取点均匀而不是选择ψ的取值均匀，因为ψ-sin2ψ不呈线性关系。

2 确定峰位

本软件可以接受多种方式计算出来的拟射峰位数据。如键盘输入，读拟合文件等。

3 输入峰位

打开软件，输入峰位数据。

4 计算sin2ψ

根据测量使用的ψ角，重新计算窗口中的sin2ψ

5 绘图-计算M、标注

按窗口中的按钮排列顺序，先绘图，然后计算直线斜率M，如果需要，也可以标注数据。

6 计算应力

先要根据材料不同，查阅文献，获得所测物相的弹性模量和泊松比并输入到窗口中相应的文本框中。

按下计算应力，应力常数K值、应力值就显示在窗口中的文本框中。

7 保存

“保存结果”——保存结果为文本文件。“保存图象”——保存结果为图片文件。

表面残余应力测试方法

表面残余应力测试方法 由于X射线的穿透深度极浅，对于钛合金仅为5μm，所以X射线法是一种二维平面残余应力测试方法。现在暂定选择钛靶，它与钛合金的晶面匹配较好。（110）晶面 一、试样的表面处理 X射线法测定的是试件的表面应力，所以试件的表面状况对测量结果也有很大的影响。试件表面不应有油污、氧化皮或锈蚀等；测试点附近不应被碰、擦、刮伤等。 （1）一般可以使用有机溶剂（汽油）洗去表面的油泥和脏污。 （2）去除氧化皮可以使用稀盐酸等化学试剂（根据试样选择合适浓度，如Q235钢用10％的硝酸酒精溶液浸蚀5min）。 （3）然后依据测试目的和测试点表面实际情况，正确进行下一步的表面处理。如果测量的是切削、磨削、喷丸、光整、化铣、激光冲击等工艺之后的表面应力，以及其它表面处理后引起的表面残余应力，则绝不应破坏原有表面不能进行任何处理，因上述处理会引起应力分布的变化，达不到测量的目的。必须小心保护待测试样的原始表面，也不能进行任何磕碰、加工、电化学或化学腐蚀等影响表面应力的操作。对于粗糙的表面层，因凸出部分释放应力，影响应力的准确测量，故对表面粗糙的试样，应用砂纸磨平，再用电解抛光去除加工层，然后才能测定。 （5）若被测件的表面过于粗糙，将使测得的应力值偏低。为了提高试件的表面光洁度，又不产生附加产力，比较好的办法是电解抛光法。该法还可用于去除表面加工层或进行试件表层剥除。 （6）若单纯为了进行表层剥除，亦可以用更为简单的化学腐蚀法，较好的腐蚀剂是浓度为40％的(90％H202+10％HF)的水溶液。但化学腐蚀后的表面光洁度不如电解抛光。为此可在每次腐蚀前用金相砂纸打磨试件表面，但必须注意打磨的影响层在以后的腐蚀过程中应全部除去。 二、确定测量材料的物相，选定衍射晶面。 被测量的衍射线的选择从所研究的材料的衍射线谱中选择哪一条(hkl)面干涉线以及相应地使用什么波长的X射线是应力测定时首先要决定的。当然事先要知道现有仪器提供的前提条件：一是仪器配置了哪几种靶材的x射线管，它决定了有哪几个波长的辐射可以选用；二是测角仪的2θ范围。一般选用尽可能高的衍射角，使得⊿θ的增大可以准确测得。 在一定的应力状态下具有一定数值的晶格应变εφ,ψ对布拉格角θ0值越大的线条造成的衍射线角位移d(2θ)φ.ψ必也越大，因此测量的准确度越高。同时，在调整衍射仪时不可避免的机械调节误差对高角线条的角位置2θ的影响相对地也比较小。正因为如此X射线应力测定通常在2θ>90°的背反射区进行，并尽量选择多重性因子较高的衔射线。举例来说，对铁基材料常选用Cr靶的Ka线，α—Fe的(211)晶面的衍射线。 若已知X射线管阳极材料和Ka线波长，利用布拉格方程可计算出各条衍射线的2θ值，从中选择出高角线条。可以从《材料中残余应力的X射线衍射分析和作用》的附录中查得常用重要的金属材料和部分陶瓷材料在Cu，Co，Fe，Cr四种Kal线照射下的高角度衍射线。由于非立方晶系材料受波长较短的X射线照射时出现较多的衍射线，因此最好选择那些弧立的、不与其它线条有叠合的高角衍射线作为测量对象。

残余应力产生及消除方法.

残余应力产生及消除方法 船舶零件加工后,其表面层都存在残余应力。残余压应力可提高零件表面的耐磨性和受拉应力时的疲劳强度,残余拉应力的作用正好相反。若拉应力值超过零件材料的疲劳强度极限时,则使零件表面产生裂纹,加速零件的损坏。引起残余应力的原因有以下三个方面: ( 一冷塑性变形引起的残余应力 在切削力作用下,已加工表面受到强烈的冷塑性变形,其中以刀具后刀面对已加工表面的挤压和摩擦产生的塑性变形最为突出,此时基体金属受到影响而处于弹性变形状态。切削力除去后,基体金属趋向恢复,但受到已产生塑性变形的表面层的限制,恢复不到原状,因而在表面层产生残余压应力。 ( 二热塑性变形引起的残余应力 零件加工表面在切削热作用下产生热膨胀,此时基体金属温度较低,因此表层金属产生热压应力。当切削过程结束时,表面温度下降较快,故收缩变形大于里层,由于表层变形受到基体金属的限制,故而产生残余拉应力。切削温度越高,热塑性变形越大,残余拉应力也越大,有时甚至产生裂纹。磨削时产生的热塑性变形比较明显。 ( 三金相组织变化引起的残余应力 切削时产生的高温会引表面层的金相组织变化。不同的金相组织有不同的密度,表面层金相组织变化的结果造成了体积的变化。表面层体积膨胀时,因为受到基体的限制,产生了压应力;反之,则产生拉应力。 总之,残余应力即消除外力或不均匀的温度场等作用后仍留在物体内的自相平衡的内应力。机械加工和强化工艺都能引起残余应力。如冷拉、弯曲、切削加工、滚压、喷丸、铸造、锻压、焊接和金属热处理等,不均匀塑性变形或相变都可能引起残余应力。残余应力一般是有害的,如零件在不适当的热处理、焊接或切削加工后,残余应力会引起零件发生翘曲或扭曲变形,甚至开裂,经淬火或磨削后表面会出现裂纹。残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷。当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加,而使总应力超过强度极限时,便出现裂纹和断裂。零件的残余应力大

盲孔法测残余应力原理及几种打孔方式简介[1]

第15届全国残余应力学术交流会论文 盲孔法测残余应力原理及几种打孔方式简介 王晓洪赵怀普 （郑州机械研究所河南郑州450052） 引言 机械零部件和构件在制造加工的过程中由 于不同的制造工艺，例如铸造、切削、焊接、热 处理等，都会在材料中产生残余应力。残余应力 的存在，一方面工件会降低强度，使工件在制造 时产生变形和开裂等工艺缺陷；另一方面又会在 制造后的自然释放过程中使工件的尺寸发生变 化或者使其疲劳强度等力学性能降低,从而影响 到它们的使用安全性。因而，了解残余应力的状 态对于确保工件的安全性和可靠性有着非常重 要的意义。 目前，比较成熟且普遍应用的残余应力测试方法分为两大类：无损检测法和机械检测法。无损法在检测过程中不对工件产生创伤，机械法在测量的过程中要对工件体做全部或部分的破坏，例如切割法（又称剖分法）和环芯法对工件的破坏较大，而盲孔法对工件的破坏较小，因而盲孔法又称半无损法。本文主要针对盲孔法的原理和几种打孔方式给于介绍。 一、盲孔法测残余应力的基本原理 盲孔法最早由由德国人J.Mathar于1934年首先提出，以后经长期不断地改进和完善，目前已成为应用最广泛的残余应力测量方法之一。美国材料试验协会ASTM已于1981年制订了测量标准（2）。 盲孔法测量残余应力的原理如图1所示，假设一个各向同性材料上某一区域内存在一般状态的残余应力场，其最大、最小主应力分别为σ1和σ2，在该区域表面上粘贴一专用应变花，在应变花中心打一小孔，引起孔边应力释放，从而在应变花丝删区域内产生释放应变，根据应变花测量的释放应变就可以计算出残余应力： 图1 盲孔法残余应力测量原理图 () () () () ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? - - - = - - + - + + = - - + - - + = 1 3 3 1 2 2 3 1 2 2 3 1 3 1 2 2 3 1 2 2 3 1 3 1 1 2 2 2 ) ( 4 4 2 ) ( 4 4 ε ε ε ε ε θ ε ε ε ε ε ε ε σ ε ε ε ε ε ε ε σ tg B E A E B E A E (1) 式（1）中： ε1、ε2、ε3—三个方向释放应变； σ1、σ2 —最大、最小主应力； θ—σ1与1号片参考轴的夹角； E —材料弹性模量； A、B —两个释放系数。 其中A、B系数与钻孔的孔径、应变花尺寸、孔深有关（1）。 盲孔法测残余应力的误差主要有以下几个因素： 1、应变片的粘贴质量。应变片粘贴不好会引起数据漂移和精度下降。 σ 1 1 2

残余应力检测方法概述

第1 页 共 2页 残余应力检测方法概述 目前国际上普遍使用的残余应力检测方法种类十分繁多，为便于分类，人们往往根据测试过程中被测样品的破坏与否将测试方法分为：应力松弛法（样品将被破坏）和无损检测法（样品不被破坏）两类。以下我们简单归纳了现阶段较为常用的一些残余应力检测方法。 一、常见的残余应力检测方法： 1. 应力松弛法 (1) 盲孔法 该方法最早由Mather 于1934年提出，其基本原理就是通过孔附近的应变变化，用弹性力学来分析小孔位置的应力，孔的位置和尺寸会影响最终的应力数值。由于这类设备操作起来非常简单，近年来被广泛使用。 (2) 切条法 Ralakoutsky 在1888年提出了采用该方法测量材料的残余应力。在使用这种方法时需要沿特定方向将试件切出一条，然后通过测量试件切割位置的应变来计算残余应力。 (3) 剥层法 该方法是通过物理或化学的方法去除试件的 一层并测量其去除后的曲率，根据测定的试件表面曲率变化就能计算出残余应力。该方法常用于形状简单的试件，且测试过程快捷。 2. 无损检测方法 (1) X 射线衍射法 X 射线方法是根据测量试件的晶体面间距变化来确定试件的应变，进而通过弹性力学方程推导计算得到残余应力，目前最被广泛使用的是Machearauch 于1961提出的sin2ψ方法。日本最早研制成功了基于该方法的X 射线残余应力分析仪，为该方法的推广做出了巨大的贡献。 (2) 中子衍射法。 中子衍射方法的原理和X 射线方法本质上是一样的，都是根据材料的晶体面间距变化来求得应变，并根据弹性力学方程计算残余应力。但中子散射能量更高，可以穿透的深度更大，当然中子衍射的成本也是最昂贵的。 (3) 超声波法。 该方法的物理和实验依据是S.Oka 于1940年发现的声双折射现象，通过测定声折射所导致的声速和频谱变化反推出作用在试件上的应力。试件的晶体颗粒及取向会影响数据的准确度，尽管超声波方法也属无损检测方法，但其仍需进一步完善。 二、最新的残余应力检测方法 cos α方法早在1978年就由S.Taira 等人提出， 但真正应用于残余应力测试设备中还是近几年的事情。日本Pulstec 公司于2012年研制出了世界上首款基于cos α方法的X 射线残余应力分析仪，图1是设备图片（型号：μ-x360n ）。

残余应力及如何测量

为什么会有残余应力 金属材料在产生应力的条件消失后，为什么有部分的应力会残留在物体内？为什么这些应力不会随外作用力一起消失？ 金属材料在外力作用下发生塑性变形后会有残余应力出现!而只发生弹性变形时却不会产生残余应力. 原因：金属在外力作用下的变形是不均匀的,有的部位变形量大,而有的部位小,它们相互之间又是互相牵连在一起的整体,这样在变形量不同的各部位之间就出现了一定的弹性应力-----当外力去除后这部分力仍然存在,就是所谓的残余应力.根据它们存在的范围可分为:宏观应力\微观应力和晶格畸变应力.注意它们是在一定范围存在的弹性应力. 残余应力不只是金属有，非金属也存在，比如混凝土构件。残余应力的根源在于卸载后受力物体变形的不完全可逆性。 金属残留在物体内的应力是由分子间力的取向不同导致的。外力撤销后，外力所造成的残余变形导致了残余应力。通常用热处理、时效处理来消除残余应力。因为材料受外力作用后，金属的组织产生晶格变形，并不会随外力消失而恢复。所以会产生残余应力。组织产生晶格变形了，自身储存了一些能量但级别又克服不了别的晶格的能量。所以就回有残余应力。 我们真正关心的是零件加工后的质量。由于毛坯制造过程中会造成较大的残余应力，而这些零件毛坯中处于“平衡”状态的残余应力在加工之前不引起毛坯明显变形。当零件加工之后，原来毛坯中残余应力的“平衡状态”被打破，应力释放出来，会造成零件很快变形而失去应有的加工精度。减小毛坯中因制造而残留在毛坯内部残余应力对零件加工质量的影响，通常要进行消除应力的热处理，对要求精度高的零件要在粗加工后进行人工时效处理，加快残余应力的重新分布面引起的变形过程，然后再精加工。不仅对细长轴，而且包括所有要经过冷校直的零件(如型钢、导轨)，应当注意残余应力对零件加工精度的影响。影响高精度零件质量的残余应力主要是在加工过程中产生的。在切削过程中的残余应力由机械应力和热应力两种外因引起。机械应力塑性变形是切削力使零件表层金属产生塑性变形，切削完成后又受到里层未变形金属牵制而残留拉应力(里层金属产生残余压应力)。第三变形区内后刀面与已加工表面的挤压与摩擦又使表面金属产生残余压应力(里层金属产生残余拉应力)。如果第一变形区内应力造成的残余应

残余应力的产生与消除

残余应力的产生、释放与测量 一、残余应力的产生 产生残余应力的原因归结为三类：一是不均匀的塑性变形;二是不均匀的温度变化；三是不均匀的相变。 根据产生残余应力机理的不同，可将其分为热应力和组织应力，车轴热处理后的残余应力是热应力与组织应力的综合作用结果。由于构件内、外部温度不均，引起材料的收缩与膨胀而产生的应力称为“热应力”。热应力是由于快速冷却时工件截面温差造成的，淬火冷却速度与工件截面尺寸共同决定了热应力的大小。在相同冷却介质的情况下，淬火加热温度越高、截面尺寸越大、钢材热导率和线膨胀系数越大，均能导致淬火件内外温差增大，热应力越大。而加工过程中，由工件内外组织转变的时刻不同多引起的内应力成为“组织应力”。淬火时，表层材料先于内部开始马氏体的相变，并引起体积膨胀，由于表层的体积膨胀受到未转变的心部的牵制，于是在试样表层产生压应力，心部产生拉应力。随着冷却的进行，心部体积膨胀有收到表层的阻碍。随着心部马氏体相变的体积效应逐渐增大，在某个瞬间组织应力状态暂时为零后，式样的组织应力发生反向，最终形成表层为拉应力而心部为压应力的应力状态。组织应力大小与钢的含碳量、淬火件尺寸、在马氏体转变温度范围内的冷却速度、钢的导热性及淬透性、加热温度、保温时间等因素有关。 二、残余应力的释放 针对工件的具体服役条件，采取一定的工艺措施，消除或降低对

其使用性能不利的残余拉应力，有时还可以引入有益的残余压应力分布，这就是残余应力的调整问题。 通常调整残余应力的方法有： ①自然时效 把工件置于室外，经气候、温度的反复变化，在反复温度应力作用下，使残余应力松弛、尺寸精度获得稳定。一般认为，经过一年自然时效的工件，残余应力仅下降2%～10%，但工件的松弛刚度得到了较大地提高，因而工件的尺寸稳定性很好。但由于时效时间过长，一般不采用。 ②热时效 热时效是传统的时效方法，利用热处理中的退火技术，将工件加热到500～650℃进行较长时间的保温后再缓慢冷却至室温。在热作用下通过原子扩散及塑性变形使内应力消除。从理论上讲采用热时效，只要退火温度和时间适宜，应力可以完全消除。但在实际生产中通常可以消除残余应力的70～80%，但是它有工件材料表面氧化、硬度及机械性能下降等缺陷。 ③振动时效 振动时效是使工件在激振器所施加的周期性外力作用下产生共振，松弛残余应力，获得尺寸精度稳定性。也就是在机械的作用下，使构件产生局部的塑性变形，从而使残余应力得到释放，以达到降低和调整残余应力的目的。其特点是处理时间短、适用范围广、能源消耗少、设备投资小，操作简便，因此振动时效在70年代从发达国家引进后

(完整版)盲孔法测残余应力

关于构件的残余应力检测（盲孔法检测） 一、前言 （1）应力概念通常讲，一个物体，在没有外力和外力矩作用、温度达到平衡、相变已经终止的条件下，其内部仍然存在并自身保持平衡的应力叫做内应力。按照德国学者马赫劳赫提出的分类方法，内应力分为三类： 第I类内应力是存在于材料的较大区域（很多晶粒）内，并在整个物体各个截面保持平衡的内应力。当一个物体的第I类内应力平衡和内力矩平衡被破坏时，物体会产生宏观的尺寸变化。 第U类内应力是存在于较小范围（一个晶粒或晶粒内部的区域）的内应力。第川类内应力是存在于极小范围（几个原子间距）的内应力。 在工程上通常所说的残余应力就是第I类内应力。到目前为止，第I类内应 力的测量技术最为完善，它们对材料性能和构件质量的影响也研究得最为透彻。除了这样的分类方法以外，工程界也习惯于按产生残余应力的工艺过程来归类和命名，例如铸造应力、焊接应力、热处理应力、磨削应力、喷丸应力等等，而且一般指的都是第I类内应力。 （2）应力作用机械零部件和大型机械构件中的残余应力对其疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命有着十分重要的影响。适当的、分布合理的残余压应力可能成为提高疲劳强度、提高抗应力腐蚀能力，从而延长零件和构件使用寿命的因素；而不适当的残余应力则会降低疲劳强度，产生应力腐蚀，失去尺寸精度，甚至导致变形、开裂等早期失效事故。 （3）应力的产生 在机械制造中，各种工艺过程往往都会产生残余应力。但是，如果从本质上讲，产生残余应力的原因可以归结为： 1.不均匀的塑性变形； 2.不均匀的温度变化； 3.不均匀的相变 （4）应力的调整 针对工件的具体服役条件，采取一定的工艺措施，消除或降低对其使用性能 不利的残余拉应力，有时还可以引入有益的残余压应力分布，这就是残余应力的调整问题。 通常调整残余应力的方法有： ①自然时效把构件置于室外，经气候、温度的反复变化，在反复温度应力作用下，使残余应力松弛、尺寸精度获得稳定。一般认为，经过一年自然时效的工件，残余应力仅下降2%-10%但工件的松弛刚度得到了较大地提高，因而工件的尺寸稳定性很好。但由于时效时间过长，一般不采用。 ②热时效 热时效是传统的时效方法，利用热处理中的退火技术，将工件加热到500-650 °C进行较长时间的保温后再缓慢冷却至室温。在热作用下通过原子扩散及塑性变形使内应力消除。从理论上讲采用热时效，只要退火温度和时间适宜，应力 可以完全消除。但在实际生产中通常可以消除残余应力的70?80%但是它有工 件材料表面氧化、硬度及机械性能下降等缺陷。 ③振动时效振动时效是使工件在激振器所施加的周期性外力作用下产生共振，松弛

残余应力测试

2.测试方法 目前常用的残余应力测试方法主要有三种：一是盲孔法，二是X射线衍射法，三是磁弹性法。 盲孔法需在工件表面测量部位钻φ1.5~2mm深2mm的小孔（粘贴专用应变花），通过测读释放应变确定残余应力的大小，所测应力为孔深范围内的平均应力，同一测点无法重复测量比较； X射线衍射法可以做到无损测试，但由于X射线穿透力有限，一般只能测出几个微米范围内平均应力； 磁弹性法是近几年发展较快应用比较成熟的一种残余应力测试方法，具有方便、无损、快速、准确的特点。 对采用盲孔法和X射线衍射法检测残余应力，施工强度大，测量精度难以保证。尤其盲孔法不能对同一位置进行重复性测量，测量数据的符合性差。因此，三峡发电机组转子圆盘支架焊缝残余应力的测试采用了磁弹法技术。 残余应力的测量方法 残余应力的测量方法可以分为有损和无损两大类。 有损测试方法就是应力释放法，也可以称为机械的方法；无损方法就是物理的方法。 机械方法目前用得最多的是钻孔法（盲孔法），其次还有针对一定对象的环芯法。 物理方法中用得最多的是X射线衍射法，其他主要物理方法还有中子衍射法、磁性 法和超声法。 X射线衍射法依据X射线衍射原理，即布拉格定律。布拉格定律把宏观上可以准确测 定的衍射角同材料中的晶面间距建立确定的关系。材料中的应力所对应的弹性应变必然表征 为晶面间距的相对变化。当材料中有应力σ存在时，其晶面间距d 必然随晶面与应力相对 取向的不同而有所变化，按照布拉格定律，衍射角2θ也会相应改变。因此有可能通过测量 衍射角2θ随晶面取向不同而发生的变化来求得应力σ。从这里可以看出X射线衍射法测定 应力的原理是成熟的，经过半个多世纪的历程，在国内外，测量方法的研究深入而广泛，测 试技术和设备已经比较完善，不但可以在实验室进行研究，可且可以应用到各种实际工件， 包括大型工件的现场测量。

消除残余应力的方法

消除残余应力的方法(金属)——时效处理 消除残余应力的方法(金属)——时效处理 金属工件(铸件、锻件、焊接件)在冷热加工过程中都会产生残余应力，残余应力值高者（单位为Pa）在屈服极限附近构件中的残余应力大多数表现出很大的有害作用；如降低构件的实际强度、降低疲劳极限，造成应力腐蚀和脆性断裂，由于残余应力的松弛，使零件产生变形，大大的影响了构件的尺寸精度。因此降低和消除工件的残余应力就十分必要了，特别是在航空航天、船舶、铁路及工矿生产等应用的，由残余应力引起的疲劳失效更不容忽视。 目前的针对残余应力的不同处理方法有：自然时效方法和人工时效方法（包括热处理时效、敲击时效、振动时效、超声冲击时效） 1、自然时效——适合：热应力（铸造锻造过程中产生的残余应力）冷应力（机械加工过程中产生的残余应力）焊接应力（焊接过程中产生的应力） 自然时效是最古老的时效方法。它是把构件露天放置于室外，依靠大自然的力量，经过几个月至几年的风吹、日晒、雨淋和季节的温度变化，给构件多次造成反复的温度应力。再温度应力形成的过载下，促使残余应力发生松弛而使尺寸精度获得稳定。 自然时效降低的残余应力不大，但对工件尺寸稳定性很好，原因是工件经过长时间的放置，石墨尖端及其他线缺陷尖端附近产生应力集中，发生了塑性变形，松弛了应力，同时也强化了这部分基体，于是该处的松弛刚度也提高了，增加了这部分材质的抗变形能力，自然时效降低了少量残余应力，却提高了构件的松弛刚度，对构件的尺寸稳定性较好，方法简单易行，但生产周期长.占用场地大，不易管理，不能及时发现构件内的缺陷，已逐渐被淘汰。 2、热处理时效——适合：热应力（铸造锻造过程中产生的残余应力）冷应力（机械加工过程中产生的残余应力）焊接应力（焊接过程中产生的应力） 热时效处理是传统的消除残余应力方法。它是将构件由室温缓慢，均匀加热至550℃左右，保温4-8小时，再严格控制降温速度至150℃以下出炉。 热时效工艺要求是严格的，如要求炉内温差不大于±25℃，升温速度不大于50℃/小时，降温速度不大于20℃/小时。炉内最高温度不许超过570℃，保温时间也不易过长，如果温度高于570℃，保温时间过长，会引起石墨化，构件强度降低。如果升温速度过快，构件在升温中薄壁处升温速度比厚壁处快的多，构件各部分的温差急剧增大，会造成附加温度应力。如果附加应力与构件本身的残余应力叠加超过强度极限，就会造成构件开裂。 热时效如果降温不当，会使时效效果大为降低，甚至产生与原残余应力相同的温度应力（二次应力、应力叠加），并残留在构件中，从而破坏了已取得的热

盲孔法测残余应力

盲孔法测残余应力(总8页)本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March

关于构件的残余应力检测（盲孔法检测） 一、前言 （1）应力概念 通常讲，一个物体，在没有外力和外力矩作用、温度达到平衡、相变已经终止的条件下，其内部仍然存在并自身保持平衡的应力叫做内应力。 按照德国学者马赫劳赫提出的分类方法，内应力分为三类： 第Ⅰ类内应力是存在于材料的较大区域（很多晶粒）内，并在整个物体各个截面保持平衡的内应力。当一个物体的第Ⅰ类内应力平衡和内力矩平衡被破坏时，物体会产生宏观的尺寸变化。 第Ⅱ类内应力是存在于较小范围（一个晶粒或晶粒内部的区域）的内应力。 第Ⅲ类内应力是存在于极小范围（几个原子间距）的内应力。 在工程上通常所说的残余应力就是第Ⅰ类内应力。到目前为止，第Ⅰ类内应力的测量技术最为完善，它们对材料性能和构件质量的影响也研究得最为透彻。 除了这样的分类方法以外，工程界也习惯于按产生残余应力的工艺过程来归类和命名，例如铸造应力、焊接应力、热处理应力、磨削应力、喷丸应力等等，而且一般指的都是第Ⅰ类内应力。 （2）应力作用 机械零部件和大型机械构件中的残余应力对其疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命有着十分重要的影响。适当的、分布合理的残余压应力可能成为提高疲劳强度、提高抗应力腐蚀能力，从而延长零件和构件使用寿命的因素；而不适当的残余应力则会降低疲劳强度，产生应力腐蚀，失去尺寸精度，甚至导致变形、开裂等早期失效事故。 （3）应力的产生 在机械制造中，各种工艺过程往往都会产生残余应力。但是，如果从本质上讲，产生残余应力的原因可以归结为： 1.不均匀的塑性变形； 2.不均匀的温度变化； 3.不均匀的相变 （4）应力的调整 针对工件的具体服役条件，采取一定的工艺措施，消除或降低对其使用性能不利的残余拉应力，有时还可以引入有益的残余压应力分布，这就是残余应力的调整问题。 通常调整残余应力的方法有： ①自然时效 把构件置于室外，经气候、温度的反复变化，在反复温度应力作用下，使残余应力松弛、尺寸精度获得稳定。一般认为，经过一年自然时效的工件，残余应力仅下降2%～10%，但工件的松弛刚度得到了较大地提高，因而工件的尺寸稳定性很好。但由于时效时间过长，一般不采用。 ②热时效

残余应力测量钻孔应变释放法-钢铁标准网

《金属材料残余应力测定钻孔应变法》 国家标准编制说明 1、工作简况 1.1 任务来源 根据全国钢标准化技术委员会《钢标委 [2011]29号文件》“关于转发国家标准化管理委员会2011年第二批国家标准制修订项目计划的通知”所下达的国家标准修订计划，《金属材料残余应力测定钻孔应变法》标准列入国家标准修订计划，计划编号为20111035-T-605。该标准由武汉钢铁（集团）公司、中国科学院金属研究所和上海出入境检验检疫局、武汉理工大学、武昌造船厂等单位共同负责起草。 2.2 起草过程 残余应力的存在往往对构件（特别是焊接产品）的使用带来重大影响，如加速疲劳断裂，促进应力腐蚀开裂等，了解残余应力大小和分布的主要方法就是应力的测定。可以把现有的残余应力测量方法分成三大类： 无损的物性法这一类方法利用材料在应力作用下物理性能发生变化的特点来测定残余应力。例如X 射线衍射法和中子衍射法利用材料的晶格常数在应力作用下发生变化形成不同的衍射峰来测定残余应力；磁性法利用材料在应力诱导下产生磁致伸缩效应或Baukhausen噪声来测定残余应力。这类方法的特点是非破坏性和对材料组织结构的过分依赖。 破坏或半破坏性的应力释放法利用切割或钻（套）孔使构件中的残余应力得到全部或部分释放，根据释放应变和释放方法求出相应的残余应力大小。此类方法多数利用电阻应变片作为测量敏感元件，测定精度较高。例如全释放应变法将构件彻底切割破坏，使应力得以全部释放，对于应力梯度不大的情况，可以获得十分精确的结果；盲孔法属于半破坏性方法，它要在构件表面钻一盲孔（一般Φ1.5?2.0mm），在工程上应用较广。这类方法的特点是破坏性和不受材料组织结构控制，对大应力梯度场的测量有误差。 无损的（压痕）应力叠加法此类方法和应力释放法相反，采用特定压头压入材料表面，通过压痕获得附加应力场，再根据附加应力场诱导的位移场变化信息来获得残余应力，包括硬度法、纳米压痕法和压痕应变法。但硬度法和纳米压痕法目前只能定性测量，而压痕应变法是其中最具现场应用价值的方法，该方法的特点是非破坏性、方便性和准确性。 小孔法是德国人Mather于1934年最早提出的，此后，特别是五十年代以后，许多国家的研究者对此进行了大量的研究。到目前为止，小孔法已在美国、欧洲等许多国家采用，在我国也有许多生产和研究单位采用。美国ASTM于1981年正式颁布了E837-81标准《小孔法测量残余应力标准试

塑料内应力检测方法和内应力消除方法的

塑料内应力检测方法和内应力消除方法的 文档编制序号：[KK8UY-LL9IO69-TTO6M3-MTOL89-FTT688]

塑料内应力检测方法和内应力消除方法的资料 最近公司产品客户投诉有不明原因的开裂现象，个人怀疑是内应力集中所致。以下资料中遗憾的是没有PP和PVC及PE塑料注射成形零件由于结构设计，模具设计和工艺的局限性，在注塑和冷却过程中总会同时伴有压力和拉力的产生，而较高的残余应力（表面拉力）将会导致零件过早失效。为了有效规避零部件产生这种失效，更合理的设计和工艺是必需的。同时，快速而有效的检测在研发和生产过程中可以帮助我们及时发现缺陷，并可避免问题的扩散。目前评估塑料注射成形零件表面及附近区域残余应力的方法之一是溶剂沉浸测试法。沉浸后，高应力集中区域会有相应的裂纹产生，以此我们就可以快速有效地对设计和工艺进行评估和改进。以下部分是主要树脂生产商GE和Bayer推荐的适合于各自主要产品的溶剂测试法。我们需要在供应商品质控制流程中加入该检测结果。GEP Lexan/Cycoloy系列塑料Lexan 系列（PC）：常用于手机镜片，导光板，机壳。Cycoloy系列（PC+ABS）：常用于手机机壳。对于用Lexan和Cycoloy系列塑料成形的零件，内应力的检查都可以采用以下方法：1．醋酸沉浸法：（1）将零件完全浸入24摄氏度的冰醋酸中30秒；（2）取出后立即清洗，后晾干检查表面；（3）仔细观察外观，若有细小致密的裂纹，说明此处有应力存在，裂纹越多，应力越大;（4）重复上述操作，在冰醋酸中浸2分钟，再检查零件，若有深入塑料的裂纹，说明此处有很高的内应力，裂纹越严重，内应力越大。2．甲乙酮 + 丙酮沉浸法：将零件完全浸入21摄氏度的1：1的甲乙酮 + 丙酮的混合液中，取出后立即甩干，依上法检查，有应力的零件应在60-75摄氏度下加热2-4小时以清除应力，也可在25%的丙酮中浸

消除焊接件应力的工厂方法

消除焊接件应力的工厂方法 所谓工厂方法，就是立刻见效并且投资很小，极其具备操作性的方法。 某些焊接件，完工后存在极大应力。比如，使用油压机压配合装配的工件，铸钢件，铸铁冷焊件。 消除应力的方法： 1.日光暴晒！在夏天，如果产品不急于赶工，这是个最省钱的办法。头天晚上把工件拖到露天，当中午2点太阳最毒辣的时候，立刻施焊。然后让日光暴晒15天，应力得到基本消除。适用于16Mn之类的结构件和铸钢件，不过弟兄们可就太辛苦啦，需事先预备水壶若干，诸葛行军散少许···，在此先行道乏。 2.敲击！首先用高速钢(报废钻头改，但不是所有钻头都是高速钢的，事先必须查明)磨削一个尖头锤，然后敲击焊缝，标准是每平方厘米至少15点，要敲出坑，切实产生强制变形，才有效果。否则没用。弟兄们偷懒不得啊！此法适用于结构钢件。铸钢件敲击不要太狠了，铸铁件更要轻敲，但点数要增加一倍。 3.使用30度窄坡口！一般坡口都是60度，操作方便，但是焊接时间长，填充金属多，变形大，自然焊接应力就大。使用窄坡口，不仅降低成本(焊条和焊丝价格比钢板贵至少2倍)，提高操作速度(弟兄们对于高效率的工艺从来都是欢迎的)，而且极大地降低应力。除了薄板和特厚板，都适用。就是对弟兄们的操作技能提出更高要求。只要抓住一条，焊枪摆动时，坡口两端要停留时间足够(其实不超过0.3秒)，看到坡口边缘已经熔化并且液态金属产生波纹才向另一侧摆动，就不会产生未熔合。焊道层间打磨时要把熔渣除尽，X光检测保证条条焊缝都是I级片，一个缺陷都不会有。接头要采用冷接法，事先把接头磨削成斜坡状，又美观质量又好。 4.强制加热！如果构件能够预热，后热，应力都能减小。但是，一个拳头大的铸铁件用507焊条热焊都要两把气割枪加热，稍微大一点的铸件就无法有效加热，也就不能用507焊条热焊，而冷焊应力是比较大的。怎么办？作一个10孔加热头就行了。就像猪八戒那个耙子一样。用20号气焊枪一把，其实气割枪火力更大，别用气割枪啊！回火爆炸了不负责啊！把喷嘴取下，用紫铜棒加工一个10孔加热头，图纸回头我上传过来，现在在王霸里边，然后对要焊接的铸件加热，火焰厉害得多！此法适用于铸铁，铸钢件。 心得]铸件、锻件、焊接件残余应力的产生和时效方法 铸件、锻件、焊接件残余应力的产生和时效方法 金属构件(铸件、锻件、焊接件)在冷热加工过程中产生残余应力，高者在屈服极限附近构件中的残余应力大多数表现出很大的有害作用；如降低构件的实际强度、降低疲劳极限，造成应力腐蚀和脆性断裂，由于残余应力的松弛，使零件产生变形，大大的影响了构件的尺寸精度。因此降低和消除构件的残余应力就十分必要了。 一、残余应力的产生 1.铸造应力的产生 (1)热应力 铸件各部分的薄厚是不一样的，如机床床身导轨部分很厚，侧壁.筋板部分较薄，其横向端面如图一所示。铸后，薄壁部分冷却速度快收缩大，而厚壁部分，冷却速度慢，收缩的小。薄壁部分的收缩受到厚壁部分的阻碍，所以薄壁部分受拉力，厚壁部分受压力。因纵向收缩差大，因而产生的拉压也大。这时铸件的温度高，薄厚壁都处于塑性状态，其压应力使厚壁部分变粗，拉应力使薄壁部分变薄，拉压应力，随塑性变形而消失。 铸件逐渐冷却，当薄壁部分进入弹性状态而厚壁部分仍处于塑性时，压应力使厚壁部分产生塑

盲孔法测残余应力培训资料

盲孔法测残余应力

关于构件的残余应力检测（盲孔法检测） 一、前言 （1）应力概念 通常讲，一个物体，在没有外力和外力矩作用、温度达到平衡、相变已经终止的条件下，其内部仍然存在并自身保持平衡的应力叫做内应力。 按照德国学者马赫劳赫提出的分类方法，内应力分为三类： 第Ⅰ类内应力是存在于材料的较大区域（很多晶粒）内，并在整个物体各个截面保持平衡的内应力。当一个物体的第Ⅰ类内应力平衡和内力矩平衡被破坏时，物体会产生宏观的尺寸变化。 第Ⅱ类内应力是存在于较小范围（一个晶粒或晶粒内部的区域）的内应力。 第Ⅲ类内应力是存在于极小范围（几个原子间距）的内应力。 在工程上通常所说的残余应力就是第Ⅰ类内应力。到目前为止，第Ⅰ类内应力的测量技术最为完善，它们对材料性能和构件质量的影响也研究得最为透彻。 除了这样的分类方法以外，工程界也习惯于按产生残余应力的工艺过程来归类和命名，例如铸造应力、焊接应力、热处理应力、磨削应力、喷丸应力等等，而且一般指的都是第Ⅰ类内应力。 （2）应力作用 机械零部件和大型机械构件中的残余应力对其疲劳强度、抗应力腐蚀能力、尺寸稳定性和使用寿命有着十分重要的影响。适当的、分布合理的残余压应力可能成为提高疲劳强度、提高抗应力腐蚀能力，从而延长零件和构件使用

寿命的因素；而不适当的残余应力则会降低疲劳强度，产生应力腐蚀，失去尺寸精度，甚至导致变形、开裂等早期失效事故。 （3）应力的产生 在机械制造中，各种工艺过程往往都会产生残余应力。但是，如果从本质上讲，产生残余应力的原因可以归结为： 1.不均匀的塑性变形； 2.不均匀的温度变化； 3.不均匀的相变 （4）应力的调整 针对工件的具体服役条件，采取一定的工艺措施，消除或降低对其使用性能不利的残余拉应力，有时还可以引入有益的残余压应力分布，这就是残余应力的调整问题。 通常调整残余应力的方法有： ①自然时效 把构件置于室外，经气候、温度的反复变化，在反复温度应力作用下，使残余应力松弛、尺寸精度获得稳定。一般认为，经过一年自然时效的工件，残余应力仅下降2%～10%，但工件的松弛刚度得到了较大地提高，因而工件的尺寸稳定性很好。但由于时效时间过长，一般不采用。 ②热时效 热时效是传统的时效方法，利用热处理中的退火技术，将工件加热到500～650℃进行较长时间的保温后再缓慢冷却至室温。在热作用下通过原子扩散及塑性变形使内应力消除。从理论上讲采用热时效，只要退火温度和时间适

焊接应力的消除方法

焊接应力的消除方法 1、利用锤击焊缝区来控制焊接残余应力焊接残余应力产生的根本原因是由于焊缝在冷却过程中的收缩，因此，焊后用小锤轻敲焊缝及其邻近区域，使金属展开，能有效地减少焊接残余应力。据测定，利用锤击法可使残余应力减少1/2~1/4。锤击焊缝时，构件温度应当维持在100~150℃之间，或在400℃以上，避免在200~300℃之间进行，因为此时金属正处于蓝脆阶段，若锤击焊缝容易造成断裂。 多层焊时，除第一层和最后一层焊缝外，每层都要锤击。第一层不锤击是为了避免产生根部裂纹；最后一层通常焊得很薄，主要是为了消除由于锤击而引起的冷作硬化。 2、利用振动法来消除焊接残余应力构件承受变载荷应力达到一定数值，经过多次循环加载后，结构中的残余应力逐渐降低，即利用振动的方法可以消除部分焊接残余应力。一种大型焊件使用振动器消除应力的装置。振动法的优点是设备简单、成本低，时间比较短，没有高温回火时的氧化问题，已在生产上得到一定应用。 3、利用“加热减应区法”来控制焊接残余应力焊接时，加热那些阻碍焊接区自由伸缩的部位，使之与焊接区同时膨胀和同时收缩，就能减小焊接应力，这种方法称为“加热减应区法”，加热的部位就称之为“减应区”。利用“加热减应区法”减小焊接应力，关键在于正确选择“减应区”的部位，总的原则是选择那些阻碍焊接区自由膨胀和伸缩的部位。必须注意，焊接区本身绝不能作为减应区的部位，因为那时焊接应力非但不减小，相反还会增加。实际操作时，检验减应区的部位是否选择正确，可用气体火焰在该处加热一下，若焊接缝隙处张开，则表示选择正确。 4、利用降低结构局部刚来控制焊接残余应力构件的刚度增加时，焊后的残余应力将显著加大。因此，在条件许可时，焊前采取一定的工艺措施，将焊接区域的局部刚度降低，能有效地降低焊接残余应力。例如，一圆形封头补焊时，需加一塞块。因封头较厚又是封闭焊缝，所以焊接应力很大，焊后在焊缝中经常发现裂纹。今在靠近焊缝处开两圈缓和槽，降低了接头处的局部刚度，使焊接应力大为降低，有效地防止了裂纹。 5、利用预热法来控制焊接残余应力构件本体上温差越大，焊接残余应力也越大。焊前对构件进行预热，能减小温差和减慢冷却速度，两者均能减小焊接残余应力。预热法经常用于减小合金钢(奥氏体不锈钢除外)、厚板、刚度大的构件焊接时产生的应力。若构件整体预热有困难时，可采用局部预热，即在焊缝及其两侧不少于80mm处进行加热。因为加热区太窄，会造成新的温差应力。 6、利用高温回火来消除焊接残余应力由于构件残余应力的最大值通常可达到该种材料的屈服点，而金属在高温下屈服点将降低。所以将构件的温度升高至某一定数值时，应力的最大值也应该减少到该温度下的屈服点数值。如果要完全消除结构中的残余应力，则必须将构件加热到其屈服点等于零的温度，所以一般所取的回火温度接近于这个温度。 （1）整体高温回火 将整个构件放在炉中加热到一定温度，然后保温一段时间再冷却。通过整体高温

残余应力测定方法(精)

第二章残余应力测定方法 残余应力的测定方法大致可分为机械测量法和物理测量法两类。 物理测量法包括X射线法、磁性法、和超声波法等。它们分别利用晶体的X射线衍射现象.材料在应力作用下的磁性变化和超声效应来求得残余应力的量值。它们是无损的测量方法。其中X射线法使用较多，比较成熟，被认为是物理测量法中较为精确的一种测量方法。磁弹性法和超声波法均是新方法，尚不成熟，但普遍地认为是有发展前途的两种测试方法。物理法的测试设备复杂.昂贵.精度不高。特别是应用于现场实测时，都有一定的局限性和困难。 机械方法包括切割法、套环法和钻孔法（下面主要介绍）等，它是把被测点的应力给予释放，并采用电阻应变计测量技术测出释放应变而计算出原有残余应力。残余应力的释放方法是通过机械切割分离或钻一盲孔等方法，因此它是一种破坏性或半破坏性的测量方法，但它具有简单、准确等特点。 从两类方法的测试功能来说，机械方法以测试宏观残余应力为目的，而物理方法则测试宏观应力与微观应力的综合值。因此两种方法测试的结果一般来说是有区别的。 一、分离法测量残余应力 切割法和套环法都是将被测点与其邻近部分分开以释放残余应力，因此统称分离法。它是测量残余应力的一种最简单的方法，多用于测量表面残余应力或沿厚度方向应力变化较小的构件上的残余应力。 （一）、切割法：在欲测部位划线：划出20mm×20mm的方格将测点围在正中。在方格内一定方向上贴应变计和应变花，再将应变计与应变仪相连，通电调平。然后用铣床或手锯慢速切割方格线，使被测点与周围部分分离开。切割后，再测应变计得到的释放应变。它与构件原有应变量值相同、符号相反，因此计算应力时，应将所得值乘以负号。 释放后的残余应力计算方法如下： 1、如果已知构件的残余应力为单向应力状态，只要在主应力方向贴一个应变片（如图3.1）即可。分割后得释放应变ε，由虎克定律可知其残余应力为：σ=-Eε（1） 2、如果构件上残余应力方向已知，则在测点处沿主应力方向粘贴两个应变片1和2（如图3.2所示）。分割构件后测出ε1和ε2，计算残余主应力为： 3、如图被测点残余主应力方向未知，则需贴三向应变花（如图3.3所示）。连接应变仪调平后，沿虚线切割开，观察应变仪，直到切割处温度下降到常温时，测出再按（3）公式计算出主应力及其方向来。 （二）、套环法：在一些大型构件上，切割法有时难于进行，这时可采用套环法进行分离。其原理及贴片

焊接残余应力的消除方法

焊接残余应力的消除方法 焊接残余应力是焊接技术带来的一个几乎无法避免的缺陷，其危害众所周知。当焊接造成的残余应力会影响结构安全运行时，还需设法消除焊接残余应力，改善焊接接头的塑性和韧性，以提高焊件结构性能。 一、焊接的应力与应变： 在接过程中，由于焊接件产生温度梯度，接头组织和性能的不均匀，就会在焊件内产生应力和应变。焊后残留在焊件内的焊接应力就是焊接残余应力，它是没有外载荷作用时就存在的应力。 二、焊接残余应力的危害： 焊接残余应力与外载荷产生的应力叠加，局部区域应力过高，使结构承载能力下降，引起裂纹和变形，使焊件形状和尺寸发生变化，需要进行矫形。变形过大会因无法矫形而报废甚至导致结构失效。 三、减少焊接残余应力和变形的措施： ①设计 ②焊接工艺 如： 尽量减少焊接接头数量 相邻焊缝间应保持足够的间距 尽可能避免交叉，避免出现十字焊缝 焊缝不要布置在高应力区 焊前预热等等 四、焊后残余应力的消除方法 消除焊接残余应力的方法有：热处理、锤击、振动法和预载法等。 1、热处理消除法 焊后热处理是一种消除焊接残余应力常用的方法。工程上我们主要用退火处理，火温度越高、保温时间越长，消除焊接残余应力的效果就越好。但是温度过高，使工件表面氧化比较严重，组织可能发生转变，影响工件的使用性能，存在弊端。蠕变应力松弛理论为热处理消除焊接残余应力提供了另一条思路，工件在较低温度时会发生蠕变，材料内部的残余应力会因应力松弛而得到释放，只要保温时间

足够长，理论上残余应力可完全消除。在低温消除焊接残余应力时，材料的组织和性能变化甚微，几乎不影响材料的使用性能，而且低温处理材料表面的氧化和脱碳也比较小，这就可以在材料的力学性能和组织基本不变的情况下达到降低材料焊接残余应力的目的。 2、锤击消除法 焊后采用带小圆头面的手锤锤击焊缝及近缝区，使焊缝及近缝区的金属得到延展变形，用来补偿或抵消焊接时所产生的压缩塑性变形，使焊接残余应力降低。 锤击时要掌握好打击力量，保持均匀、适度，避免因打击力量过大造成加工硬化或将焊缝锤裂。另外，焊后要及时锤击，除打底层不宜采用锤击外，其余焊完每一层或每一道都要进行锤击。锤击铸铁时要避开石墨膨胀温度。 3、振动消除法 振动消除法是利用由偏心轮和变速马达组成的激振器，使焊接结构发生共振所产生的循环应力来降低内应力的。 如截面为30mm×50mm一侧堆焊的试件，经过σmax＝128N/mm2和σmin＝5.6N/mm2多次应力循环后，残余应力的变化情况。当变载荷达到一定数值，经过多次循环加载后，焊接结构中的残余应力逐渐降低。 这种方法所用的设备简单，处理成本低，时间比较短，没有高温回火给金属表面造成的氧化问题，目前在施工中广泛使用。 4、预载消除法 残余应力也可采用机械拉伸法（预载法）来消除或调整，例如对压力容器可以采用水压试验，也可以在焊缝两侧局部加热到200℃，造成一个温度场,使焊缝区得到拉伸，以减小和消除焊接残余应力。 焊接残余应力的消除和调整应采取合理的焊接顺序，先进的焊接工艺，焊接时适当降低焊件的刚度，并在焊件的适当部位局部加热，使焊缝能比较自由地收缩，在焊接的每一个环节都减小残余应力，大大提高材料的使用寿命和性能，在工程施工上具有重要的意义。