扭转应力及变形

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

残余应力的产生

残余应力的产生、影响及防控措施崔曙东摘要：对钢结构而言，残余应力的存在，是影响结构脆断、疲劳破损和结构稳定性降低的重要因素。本文试图对残余应力的产生、对结构的影响和如何有效降低残余应力及影响作简单分析。关键词：残余应力脆断疲劳破损刚度稳定性 1引言钢结构自问世以来，由于其具备的强度高、自重轻、抗震性能好、、施工速度快、地基基础费用省、结构占用面积少、工业化程度高等一系列优点，钢结构在建筑领域被广泛应用。但是，也不能否认，钢结构还存在着许多缺陷和隐患，例如稳定性从一开始就一直是钢结构中无法回避的问题，还有随着钢结构建筑的深入发展，脆断和疲劳破损等问题也越来越突出。而上述的诸多问题，无一不与构件内部的残余应力存在密切联系，本文试图从实际出发，探讨残余应力的产生过程、对结构或构件的影响以及如何有效降低残余应力及影响。 2残余应力的成因残余应力是构件还未承受荷载而早已存在构件截面上的初应力，产生的原因很多，其中，焊接残余应力是很重要的一种，另外在钢材的加工过程中也会产生参与应力。 2.1焊接残余应力焊接过程是一个对焊件局部加热继而逐渐冷却的过程，不均匀的温度场将使焊件各部分产生不均匀的变形，从而产生各种焊接残余应力。焊接构件由焊接而产生的内应力称之为焊接应力，按作用时间可分为焊接瞬时应力和焊接残余应力。焊接过程中某一瞬时的焊接应力称之为焊接瞬时应力，它随着时间而变化。焊后残留在焊件内的焊接应力称之为焊接残余应力。对于钢结构而言，焊接残余应力和变形是影响结构断裂强度、疲劳强度和结构稳定性的重要因素。焊接残余应力大大降低了焊接部位材料的有效比例极限，是结构发生脆断的重要原因之一。焊接结构中残余拉应力还会降低结构抗疲劳和耐腐蚀的能力;残余压应力会降低受压构件的刚度，从而使稳定承载力。焊接残余应力是焊件产生变形和开裂等工艺缺陷的重要原因，由于其影响因素众多，计算残余应力又极为复杂，因此给残余应力的研究带来了许多困难，对焊接结构的残余应力研究就显得尤为重要。[1] 2.1.1沿焊缝轴线方向的纵向焊接残余应力施焊时，焊缝附近温度最高，在焊缝区以外，温度则急剧下降。焊缝区受热而纵向膨胀，但这种膨胀因变形的平截面规律（变形前的平截面，变形后仍保持平面）而受到其相邻较低温度区的约束，使焊缝区产生纵向压应力。由于钢材在高温时呈塑性状态（称为热塑状态），因而高温区这种压应力使焊缝区的钢材产生塑性压缩变形，这种塑性变形当温度下降、压应力消失时是不能恢复的。在焊后的冷却过程中，如假设焊缝区金属能自由变形，冷却后钢材因已有塑性变形而不能恢复其原来长度。事实上由于焊缝区与其邻近钢材是连续的，焊缝区因冷却产生的收缩变形又因平截面变形的平截面规律受到邻近低温区的钢材的约束，使焊缝区产生拉应力。这个拉应力当焊件完全冷却后仍残留在焊缝区的钢材内，故名焊接残余应力，对于低合金钢材焊接后的残余应力常可达到其屈服点。又因截面上残余应力必须自相平衡，焊缝区以外的钢材截面内必然有残余压应力。

应力与变形分析

第6章应力与变形分析 ..................................................................................... 错误！未定义书签。 6.1拉压杆横截面上的应力 ......................................................................... 错误！未定义书签。 6.2 轴向拉伸或压缩时的变形·胡克定律 ................................................. 错误！未定义书签。 6.3 材料在拉伸与压缩时的力学性能 ........................................................ 错误！未定义书签。 6.4 轴向拉伸或压缩时的强度计算 .......................................................... 错误！未定义书签。 6.5 应力集中的概念 .................................................................................... 错误！未定义书签。 6.6 剪切和挤压时的应力 ............................................................................ 错误！未定义书签。 6.7 剪切胡克定律 ........................................................................................ 错误！未定义书签。 6.8 圆轴扭转时的应力分布规律和强度条件 ............................................ 错误！未定义书签。 6.9 弯曲时梁横截面上的正应力和强度计算 ............................................ 错误！未定义书签。 6.10 弯曲变形的概念 .................................................................................. 错误！未定义书签。 6.11 提高梁弯曲强度和刚度的措施 .......................................................... 错误！未定义书签。第6章应力与变形分析本章通过对四种基本变形时构件截面上的应力分布规律的分析，介绍研究材料力学的基本方法；讨论其应力和变形的计算问题；重点研究构件的强度计算；介绍常温、静载下材料的机械性质。 6.1拉压杆横截面上的应力 6.1.1 应力的概念同一种材料制成横截面积不同的两根直杆，在相同轴向拉力的作用下，其杆内的轴力相同。但随拉力的增大，横截面小的杆必定先被拉断。这说明单凭轴力F N 并不能判断拉（压）杆的强度，即杆件的强度不仅与内力的大小有关，图6-1 而且还与截面面积有关，即与内力在横截面上分布的密集程度（简称集度）有关，为此引入应力的概念。要了解受力杆件在截面m-m 上的任意一点C 处的分布内力集度，可假想将杆件在m-m 处截开，在截面上围绕C 点取微小面积ΔA ，ΔA 上分布内力的合力为Δp (图6-1a)，将Δp 除以面积ΔA ，即 A p p ??=m （6-1） p m 称为在面积ΔA 上的平均应力，它尚不能精确表示C 点处内力的分布状况。当面积无限趋近于零时比值A p ??的极限，才真实地反映任意一点C 处内力的分布状况，即

表面残余应力分析

表面残余应力胡宏宇（浙江工业大学机械工程学院，浙江杭州 310032）摘要：残余应力主要是由构件内部不均匀的塑性变形引起的。各种工程材料和构件在毛坯的制备、零件的加工、热处理和装配的过程中都会产生不同程度的残余应力。残余应力因其直观性差和不易检测等因素往往被人们忽视。残余应力严重影响构件的加工精度和尺寸稳定性、静强度、疲劳强度和腐蚀开裂。特别是在承力件和转动件上，残余应力的存在易导致突发性破坏且后果往往十分严重。因此，研究残余应力的产生机理、检测手段、消除方法以及残余应力对构件的影响[1]。关键词：残余应力；切削变形；磁测法；喷丸强化； Surface residual stress （S chool of mechanical engineering，Zhejiang University of Technology，Hangzhou 310032，China） Abstract：Residual stress is mainly caused by the uneven plastic deformation of component. All kinds of engineering materials in the preparation of blank, parts and components processing, heat treatment and assembly process will produce different degree of residual stress. Residual stress because of its intuitive factors such as poor and difficult to detect is often neglected. Seriously affect the residual stress of component machining precision and dimension stability, static strength, fatigue strength and corrosion cracking. Especially on the bearing and rotating parts, the existence of the residual stress can lead to sudden destruction and the consequences are often very serious. Therefore, to study the mechanism of residual stress, detection means, elimination method and the influence of residual stress of components。 Key words：Residual stress；machining deflection；magnetic method；Shot peening strengthening；前言随着现代制造技术的发展，大飞机、高铁、核设施等大型设备相继出现；这些设备具有高速、重载和长时间运行的特点，其零部件工作环境恶劣、复杂，且往往对安全性有着极其苛刻的要求，因而对这些设备的关键部件，如轴承、曲轴、传动轴的疲劳寿命和可靠性也有很高的要求，对它们的疲劳寿命预测和分析成为研究的重点．金属切削加工是一个伴随着高温、高压、高应率的塑性大变形过程, 在已加工表面上存在着相当大的残余应力; 同时又由于切削过程切削力和切削热作用及刀具与工件的摩擦等综合因素的影响, 使得零件内部初始的残余应力重新分布并与表面层残余应力耦合作用形成新的残余应力分布规律。残余应力以平衡状态存在于物体内部, 是固有应力域中局部内应力的一种。残余应力是一种不稳定的应力状态, 当物体受到外力作用时, 作用应力与残余应力相互作用, 使其某些局部呈现塑性变形, 截面内应力重新分配; 当外力作用去除后, 整个物体由于内部残余应力的作用将发生形变。根据理论分析和实验研究的结果，工件的疲劳寿命和加工表面的残余应力状态有重要的关系：残余压应力能抑制工件的疲劳破坏，延长疲劳寿命；残余拉应力则相反，会加速疲劳破坏的出现[2]．因此，了解

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

杆件受力变形及其应力分析

第三章　杆件受力变形及其应力分析 §３－１　概述一、构件正常工作的基本要求为了保证机器或工程结构的正常工作，构件必须具有足够的承受载荷的能力（简称承载能力）。为此，构件必须满足下列基本要求。１畅足够的强度例如，起重机的钢丝绳在起吊不超过额定重量时不应断裂；齿轮的轮齿正常工作时不应折断等。可见，所谓足够的强度是指构件具有足够的抵抗破坏的能力。它是构件首先应满足的要求。图３－１　构件刚度不够产生的影响２畅足够的刚度在某些情况下，构件受载后虽未破裂，但由于变形过量，也会使机械不能正常工作。图３－１所示的传动轴，由于变形过大，将使轴上齿轮啮合不良，轴颈和轴承产生局部磨损，从而引起振动和噪声，影响传动精度。因此，所谓足够的刚度是指构件具有足够的抵抗弹性变形的能力。应当指出，也有某些构件反而要求具有一定的弹性变形能力，如弹簧、仪表中的弹性元件等。３畅足够的稳定性例如千斤顶中的螺杆等类似的细长直杆，工作时当压力较小时，螺杆保持直线的平衡形式；当压力增大到某一数值时，螺杆就会突然变弯。这种突然改变原有平衡形式的现象称为失稳。因此，所谓足够的稳定性是指构件具有足够的保持原有平衡形式的能力。上述的基本要求均与构件的材料、结构、截面形状和尺寸等有关。所以，设计时在保证构件正常工作的前提下，还应合理地选择构件的材料和热处理方法，并尽量减小构件的尺寸，以做到材尽其用，减轻重量和降低成本。二、变形固体及其基本假设自然界中的一切物体在外力作用下或多或少地总要产生变形。在本书第二章中，由于物体产生的变形对所研究的问题影响不大，所以在该章中把所有物体均视为刚体。而在图３－１中，如果轴上任一横截面的形心，其径向位移只要达到０畅０００５l （l 为轴的支承间的距离），尽管此时构件变形很小，但该轴已失去了正常工作的条件。因为这一微小变形是影响构件能否正常工作的主要因素。因此，在本章中所研究的一切物体都是变形固体。在对构件进行强度、刚度和稳定性的计算时，为了便于分析和简化计算，常略去变形固体的 · 75·

焊接残余应力与变形

焊接残余应力和焊接变形焊接残余应力（welding residual stresses）简称焊接应力，有沿焊缝长度方向的纵向焊接应力，垂直于焊缝长度方向的横向焊接应力和沿厚度方向的焊接应力。 1、纵向焊接应力焊接过程是一个不均匀加热和冷却的过程。在施焊时，焊件上产生不均匀的温度场，焊缝及其附近温度最高，可达1600℃以上，而邻近区域温度则急剧下降。不均匀的温度场产生不均匀的膨胀。温度高的钢材膨胀大，但受到两侧温度较低、膨胀量较小的钢材所限制，产生了热塑性压缩。焊缝冷却时，被塑性压缩的焊缝区趋向于缩短，但受到两侧钢材限制而产生纵向拉应力。在低碳钢和低合金钢中，这种拉应力经常达到钢材的屈服强度。焊接应力是一种无荷载作用下的内应力，因此会在焊件内部自相平衡，这就必然在距焊缝稍远区段内产生压应力 2、横向焊接应力横向焊接应力产生的原因有二：一是由于焊缝纵向收缩，使两块钢板趋向于形成反方向的弯曲变形，但实际上焊缝将两块钢板连成整体，不能分开，于是两块板的中间产生横向拉应力，而两端则产生压应力。二是由于先焊的焊缝已经凝固，会阻止后焊焊缝在横向自由膨胀，使其发生横向塑性压缩变形。当焊缝冷却时，后焊焊缝的

收缩受到已凝固的焊缝限制而产生横向拉应力，而先焊部分则产生横向压应力，在最后施焊的末端的焊缝中必然产生拉应力。焊缝的横向应力是上述两种应力合成的结果。 3、厚度方向的焊接应力在厚钢板的焊接连接中，焊缝需要多层施焊。因此，除有纵向和横向焊接应力σx、σy外，还存在着沿钢板厚度方向的焊接应力σz。在最后冷却的焊缝中部，这三种应力形成同号三向拉应力，将大大降低连接的塑性。 3.4.2 焊接应力和变形对结构工作性能的影响一、焊接应力的影响 1、对结构静力强度的影响对在常温下工作并具有一定塑性的钢材，在静荷载作用下，焊接应力是不会影响结构强度的。设轴心受拉构件在受荷前（N=0）截面上就存在纵向焊接应力。在轴心力N作用下，截面bt部分的焊接拉应力已达屈服点fy，应力不再增加，如果钢材具有一定的塑性，拉力N就仅由受压的弹性区承担。两侧受压区应力由原来受压逐渐变为受拉，最后应力也达到屈服点fy，这时全截面应力都达到fy 2、对结构刚度的影响构件上的焊接应力会降低结构的刚度。由于截面的bt部分的拉应力已达fy，这部分的刚度为零，则具有所示残余应力的拉杆的抗

浅析焊接残余应力与变形

CONSTRUCTION 技术探讨浅析焊接残余应力与变形郑钰红　贾德厚中联重科土方机械分公司　陕西华阴　714202 摘　要：为了给焊接结构件生产的工艺及现场制造提供技术支持，本文研究了焊接过程中焊接应力与变形产生的机理，分析了焊接应力与变形形成的特点。针对焊前—焊中—焊后的生产顺序，探讨了焊接应力与变形产生的规律，提出了焊前—焊中—焊后三个焊接成形阶段的具体控制措施，本文通过图文并茂的表现形式，形象清晰地将抽象的理论具体化，对解决应力与变形的问题，具有指导意义。关键词：焊接；残余应力；变形中图分类号：TG4 文献标识码：A 1.引言长期以来，应力与变形的恶劣表现贯穿于金属焊结构件生产的始终。与之相应，认识与控制焊接应力与变形进而减少其对于构件性能的不良影响也成为每个焊接工作者的重要研究领域之一。 2.焊接应力与变形的产生机理图1是低碳钢材料的屈服强度σs与温度的实际关系图。很明显，随着温度的升高，材料的屈服强度逐渐降低。当温度超过600℃时，低碳钢材的屈服强度趋于 0。图1 熔焊过程中，由于母材金属被其他零件在整体尺寸上已经限制住了，形成了拘束条件。同时熔焊产生的高温足以使母材产生剧烈的膨胀并轻易超过材料的屈服极限，产生塑性变形。加之熔池液态金属在很大程度上消化了母材受热所产生的膨胀。使母材冷却后的缩短趋势不得满足，形成了焊接残余应力与变形。不难得出，冷却过程中焊道及周边母材的受拘束程度左右了残余应力与变形的形成。下有三种假设： 2.1如果焊道能够完全自由收缩，冷却后只出现残余变形而几乎没有残余应力。 2.2如果焊道绝对拘束而不能收缩，冷却后只出现残余应力而无残余变形。 2.3如果焊道收缩不能充分进行，则冷却后既有残余应力也有残余变形。实际生产中的焊接，就与上述的第3中情况相同，焊后既有焊接应力存在，也有焊接变形产生。最终发生的趋势和程度却符合1、2种情况的描述，即拘束大则残余应力大，而焊后变形小。反之亦然。 3.焊接应力与变形的控制基于前述理论，焊接残余应力与变形在表现形式上虽有不同，其形成原因却无大异。这也说明两者可以综合考虑，权衡控制。在了解焊接应力与变形成因的基础上，应尽量在母材的收缩趋势和方向上尽施自由，避免在控制焊接残余应力与变形时顾此失彼。并以“预防为主，规范控制，科学矫正”的原则指导实施。 3.1焊前预防 3.1.1从结构设计上控制 3.1.1.1应尽量减少不必要的焊缝。在焊接结构设计中，常用筋板来提高结构的稳定性和刚度，但是筋板数量太多，焊缝过于密集，焊接应力与残余变形也会大大增加。因此，应在保证构件强度的情况下，尽量减少不必要的焊缝。 3.1.1.2安排合理的焊缝位置尽可能在对称于截面中性轴或接近于中性轴的位置上安排焊缝，可以有效地减少焊接应力与变形的发生。 3.1.1.3选择合理的焊缝坡口形式和焊缝尺寸通常来说，不开坡口比开坡口、V型坡口比X型坡口、大角度比小角度坡口，都更容易引起焊接应力与变形。 3.1.1.4加设减应力槽或减应力孔在不影响结构整体强度的前提下可以在焊缝附近开设减应力槽（如图2）。通过减小焊件局部刚度来增加焊缝的自由伸缩度，进而达到减小焊接残余应力和变形的目的。图2 3.1.2从工艺准备上控制 3.1.2.1反变形法事先估计好结构变形的大小和方向，先反向变形，使之焊后与焊接变形相抵消，以达到设计和技术要求。值得一提的是，预设反变形不仅可以有效地冲抵焊接变形，而且与刚性固定法相比较，其减轻残余应力效果也较理想。 3.1.2.2留“裕度”法与前法类似，预留收缩量也是通过焊前先在要产生收缩的地方加大尺寸，以此来“吃”掉一部分焊接变形，而相对自由的收缩条件也使得残余应力得以降低。 3.1.2.3预热法即在施焊前，预先将焊件局部或整体加热，以减少焊接区第4卷　第33期2014年11月

残余应力对变形的影响与措施

２．１切削力模型为分析薄壁件变形问题，需建立受力模型、变形模型及数控补偿模型。而建立准确的受力模型是第一步关键的工作。图ｌ立铣切削受力模型示意图加工薄壁件多用立铣，所以首先建立立铣切削受力模型，如图ｌ所示。立铣刀参与切削的部分为侧刃、底刃和刀尖圆角半径。其中侧刃的受力模型经分析可采用Ｋｌｉｎｅ的平均力模型陋１。建模过程简述如下：因为切削力的大小与切削厚度有关，为方便分析，在侧刃上将总的切削面积划分为许多如图１所示’麓盒飘曩ｌ。麟寒科学蒸龛鏖赫撩≈≮蝴瓢摹２０醍）簿肭礴且．，，二∽，， ”作誊筒介ｔ芏瘩剐（ｆ鲫＇．鬻Ｄ，“舅，‘汉族。江茵省景弛镇市。５ｂＩｏ箩ｌ班娥士研究生３８现代企业与先进制造技术高层论坛的负载单元，通过计算所有处在切削区域的每个单元负载，即可获得力的空间分布状态。对于立铣刀底刃和Ｉ刀尖圆角半径部分的受力模型，可参考面铣的受力模型口３建立。建模过程简述如下：将切削力分解成垂直于刀具前刀面的法向力和刀具前刀面上的摩擦力，将某一瞬时处于切削区域所有的法向力和摩擦力分解到Ｘ、Ｙ、Ｚ三个方向，并与测量的切削力建立方程，通过求解可得到模型常量，进而可建立得底刃和刀尖圆角半径部分的受力模型。２．２切削力对侧壁变形的影响及措施由于切削力的作用，工件的侧壁会产生“让刀”变形。针对侧壁加工的变形特征，可以从两方面考虑对其进行精度控制。其一为在常规铣削方式下，通过刀具或工件倾斜进行过切补偿：其二为利用高速加工技术进行分层对称铣削

来控制其加工精度。Ｃ—ｃ．Ⅳ＾薄图２过切补偿原理示意图如图２所示，薄壁件上端刚性较差，在切削力作用下容易产生弹性变形，Ａ，Ｃ两点分别移到彳’，ｃ两点，刀具仅切除Ａ＇ＢＤＣ部分的材料。走刀过后薄壁弹性恢复，残留ＣＤＣ。部分材料未被切除，造成了壁厚加工误差，因此薄壁件加工壁厚超差主要是由于让刀而少切了一块材料。若刀具能倾斜一个角度，即刀具由ＤＣ位置向ＤＣ位置偏摆，则在工件最下端径向切深不变，而在工件最上端径向切深增量为万。径向切深增大导致切削力的增大，进而变形增大，设刀具偏摆后加工中工件变形为万，。工件回弹后的实际变形将取决于过切的程度与加工中工件变形的程度，若偏摆角度合适，过切与变形部分正好抵消。，分层对称加工不仅切削力小，能减小加工变形，而且能使应力分布均匀化，同时可以采用大径向切深、小轴向切深加工并充分利用零件整体刚性，是一种有效而实用的侧壁加工工艺方法。２．３切削力对腹板变形的影响及措施图３为腹板变形示意图，在切削力的作用下，刀具和薄壁件的切削平面都不在正确的位置上。实切削平面计划的切削平面工件的切削平面图３腹板变形示意图ＨａｒｕｋｉＯＢＡＲＡｔ４１等人提出的低熔点合金（ＬｏｗＭｅｌｔｉｎｇＡｌｌｏｙ）辅助切削方案有效地解决了薄板的加工变形问题。该方案指出，利用熔点低于１００℃的ＬＭＡ“Ｕ－ＡＬＬＯＹ７０”作为待加工薄

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、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，均能导致淬火件外温差增大，热应力越大。而加工过程中，由工件外组织转变的时刻不同多引起的应力成为“组织应力”。淬火时，表层材料先于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、在马氏体转变温度围的冷却速度、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在国被大力推广。

(完整版)残余应力分类与评估

目录 1 残余应力 (1) 1.1 残余应力的定义及分类 (1) 1.2 残余应力的本质 (1) 1.3 残余应力的影响 (1) 2 残余应力的消除方法 (3) 3 残余应力的测定与评估 (4) 3.1无损检测法 (5) 3.1.1 钻孔法 (5) 3.1.2 环芯法 (6) 3.1.3 剥层法 (6) 3.2无损检测法 (6) 3.2.1 X射线衍射法 (7) 3.2.2 中子衍射法 (7) 3.2.3 超声波法 (8) 3.2.4 磁测法 (9)

1 残余应力 1.1 残余应力的定义及分类构件在进行各种机械工艺加工过程中，如铸造、压力加工、焊接、切削、热处理、装配等，将受到来自各种工艺等因素的作用与影响，会使工件内部出现不同程度的应力，当这些因素消失之后，若构件所受到的上述作用于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称为残留应力或残余应力。可以说残余应力就是是当物体没有外部因素作用时，在物体内部保持平衡而存在的应力。残余应力是一种固有应力，按其作用的范围来分，可分为宏观残余应力与微观残余应力等两大类：①宏观残余应力，又称第一残余应力，它是在宏观范围内分布的，它的大小、方向和性质等可用通常的物理的或机械的方法进行测量；②微观残余应力属于显微事业范围内的应力，依其作用的范围细分为两类，即微观结构应力（又称第二类残余应力，它是在晶粒范围内分布的）和晶内亚结构应力（又称为第三类残余应力，它是在一个晶粒内部作用的）。 1.2 残余应力的本质一般认为残余应力是能量储存不均匀造成的，是材料内部不均匀塑形变形的结果，其本质是晶格畸变，晶格畸变很大程度上是由位错引起的。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，残余应力是由于金属内部组织发生了不均匀的体积变化，形成了不均匀的变形，金属内部需要达到平衡而形成的相互作用。产生不均匀变化的原因可以归结为不均匀的塑性变形、不均匀的温度变化及不均匀的相变。如金属合金在淬火过程中,内部形成很大的残余应力, 机械加工后破坏了这些残余应力的平衡状态, 所以零件产生变形。当零件刚性较大, 形状对称时, 变形较小。反之, 则变形十分明显。在工件内部实际应力的情况是复杂的，有众多位错的相互作用，还有空位等点缺陷及晶界、亚晶界的影响，所以，实际工件内部残余应力是众多因素导致的晶格畸变的综合结果。 1.3 残余应力的影响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大的影响。低碳钢在硝酸盐中的“硝脆”，奥氏体不锈钢在氯离子溶液中的“氯脆”，锅炉钢在碱溶液中的“碱脆”，黄铜在带

焊接应力和变形分析

焊接变形与残余应力的预测目录焊接变形和残余应力的基本原理在焊接由焊接产生的动态应力应变过程及随后出现的残余应力和残余变形是导致焊接裂纹和接头强度和性能下降的重要因素。焊接应力和焊接变形由焊接过程中的不均匀加热引起,由于其形成原因复杂多变,而且完全不可确定,因此我们只能通过总结焊接应力与变形的产生和存在的一般规律以及大家总结出原来的施工经验,对即将进行的工程构件焊接情况进行分析和预测。焊接应力与焊接变形存在一定的关系,当焊接应力完全释放的时候焊接变形达到最大值;当焊接结构处于完全刚性的时候,几乎可以完全控制焊接变形,而此时由于无法进行应力释放,焊接残余应力将达到最大值。如何选择和理的焊接结构、焊接方法、焊接材料和焊接工艺,以取得最佳的焊接残余应力和焊接变形状态时钢结构焊接的重要课题。焊接变形和残余应力的常用计算方法焊接应力与变形的形成原因极为复杂,因为直接影响应力与变形的金属材料的力学性能和热物理性能随着温度的变化而变化,而起决定作用的焊接温度场又因焊接接头的形状和尺寸、焊接工艺参数等的变化而变化。因此在计算焊接应力与焊接变形时,常常作出一些假定和简化,从而从最简单焊接的分析入手,并推断出结论。目前常用的预测焊接变形的方法主要有残余塑变解析法、三维实体单元固有应变有限元法、板壳单元固有应变有限元法,以及热弹性有限元法等。

残余塑变解析法仅适用于简单构件、规则梁,计算过程需要经验及试验数据的累积,分析焊接构件几何参数及焊接规范参数,在本工程中适用于梁柱对接的应力分析。三维实体单元固有应变有限元法主要适用于实体复杂结构,在本工程中适用于主要节点的焊后构件变形,需要划分网格、加载固有应变后进行三维弹性分析。板壳单元固有应变有限元法适用于薄壁复杂结构,在本工程中可应用性不大。对于整体结构的焊接变形预测,需要使用热弹塑性有限元法进行分析,计算步骤为:划分网格、模拟焊接温度场、热弹塑性分析,其计算过程需要跟踪焊接热力学的全部过程,计算量极大、计算时间很长,在目前的短时间内不可能得到准确的结果。因此本章以后部分仅从理论角度对焊接应力和焊接变形做出基本的计算和预测。分析焊接应力与变形的主要假定常规分析假定 1.由于焊接过程十分复杂,因此在焊接应力的分析过程我们依据传统经验作出以下简化假定 2.金属的热物理性能与温度无关 3.金属的力学性能与温度无关 4.除厚板焊接外,认为沿焊接方向的温度是均匀的;电弧为一个线状热源;温度场稳定并

残余应力与加工变形控制技术

残余应力与加工变形控制技术随着现代飞机性能的不断提高，对发动机导向器、涡轮盘、燃烧室、飞机机身部件、发动机舱、飞机框架、整体壁板、起落架等提出了更高的要求。前述部件实现高精度、高效率和高可靠性的切削加工一直是航空制造业面临的一个重要课题，许多关键部件加工质量和精度很难控制。例如骨架零件尤其是主承力结构件，包括飞机的整体框、整体梁、整体腹板、长缘条等普遍采用由大型整块毛坯直接“掏空”而加工成复杂槽腔、筋条、凸台和减轻孔等整体结构件。整体结构件体积大、壁薄、刚度差、易变形、切削加工余量大，加工周期长，加工质量和精度很难控制。在航空结构件普遍存在的加工变形是数控加工领域公认的难题。针对航空结构件多采用锻造成型方式，后续切削量较大等特点，从其毛坯成型、热处理与机械加工各个制造环节，研究加工变形机理，可以认为航空结构件发生加工变形的主要成因（如下图所示）：毛坯件残余应力的释放、切削热变形、加工受力变形和装卡变形。加工受力变形裟卡变形切削热变形 “残余应力与加工变形控制”整体解决方案的核心思想是充分考虑工件毛坯的初始残余应力状态与分布，及其在后续机械加工过程中的变化情况。通过对加工工艺的有限元仿真及真实工件的实验检测，对完整工艺过程中引入的残余应力及其对尺寸精度及稳定性等造成的影响进行综合评价，继而采用加工工艺的优化技术及残余应力的定位均化技术，从而可获得加工变形小、无应力集中的长寿命结构件。首先，残余应力评价直观地反应各个加工环节中工件的残余应力分布与变形情况，目前翔博科技采用世界领先的X射线衍射法残余应力无损检测技术，可现场操作并绘制应力云图，可以准确、全面的掌握工件在各个加工环节的应力状态，并引申得到加工变形情况另外，“加工变形控制”将加工工艺优化与频谱谐波定位时效结合，从而抑制残余应力的逐步累积。采用有限元仿真技术预测残余应力，分析对比多种加工方案，获取最优加工参数及加工工艺。进而通过模态分析手段选择最优振型及最佳振动参数，依据振动时效原理, 实现残余应力降低与均化，最终获得满足设计使用要求的结构件。

表面残余应力

焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响以及消除和调整的措施

焊接残余应力和焊接变形对钢结构的影响以及消除和调整的措施摘要：焊接残余应力和焊接变形是钢结构产生变形和开裂的主要原因。本文以焊接残余应力和焊接变形为对象，分别讨论了残余应力对钢结构刚度、静力强度、疲劳强度、应力腐蚀等的影响，促使结构发生脆性断裂、疲劳断裂、应力腐蚀开裂、低温变脆等以及造成的焊接变形的种类。应采取措施对焊接残余应力和焊接变形加以消除和调整。关键词：钢结构焊接残余应力焊接变形钢结构是钢材通过一定的设计方法做成构件，构件再通过一定的连接方式连接成的整体结构承力体系或传力体系。连接方式及其质量优劣直接影响钢结构的工作性能。焊接连接是目前钢结构最主要的连接方式。但在焊接过程中，在焊缝附近的热影响区内，钢材的金相组织发生改变，导致局部材质变脆；焊接残余应力和残余变形使受压构件承载力降低；焊接结构对裂纹很敏感，局部的裂缝一旦发生，就容易扩展到整体。一、焊接残余应力钢材的焊接是一个不均匀的加热和冷却的过程。在施焊时，焊缝及其附近区域的温度很高，而临近区域温度则急剧的下降，导致不均匀的温度场。不均匀的温度场产生不均匀的膨胀，温度低的区域膨胀量小限制了高温度区域钢材的膨胀。当焊接温度场消失后，构件内部产生应力，这种应力称为焊接残余应力。（一）焊接残余应力对钢结构的影响 1.对钢结构刚度的影响焊接残余应力使构件的有效截面减小，丧失进一步承受外载的能力。焊接残余应力的存在还会增大结构的变形，降低结构的刚度。 2.对静力强度的影响由于焊接应力的自相平衡，使受压区和受拉区的面积相等。构件全截面达到屈服强度所承受的外力与无焊接应力的轴心受拉构件全截面达到屈服强度时的应力相等，因此不影响静力强度。 3.对疲劳强度的影响

残余应力

残余应力（Residual Stress）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，因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。或经淬火、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，而当零件在工作中因工作应力与残余应力的叠加，使总应力超过强度极限时，便出现裂纹和断裂。零件的残余应力大部分都可通过适当的热处理消除。残余应力有时也有有益的方而，它可以被控制用来提高零件的疲劳强度和耐磨性能。[1] 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。也称残余应力。残余应力是当物体没有外部因素作用时，在物体内部保持平衡而存在的应力。凡是没有外部作用，物体内部保持自相平衡的应力，称为物体的固有应力，或称为初应力，亦称为内应力。测试仪器编辑残余应力分析仪其原理是基于著名的布拉格方程2dsinθ=nλ ：即一定波长的X射线照射到晶体材料上，相邻两个原子面衍射时的X射线光程差正好是波长的整数倍。通过测量衍射角变化Δθ从而得到晶格间距变化Δd，根据胡克定律和弹性力学原理，计算出材料的残余应力。应力方程根据弹性力学理论, 在宏观各向同性晶体材料上角度θ和ψ（见图1）方向的应变可以用如下方程表述：（图1）正应力和剪切应力应力分量ζθ和ηθ为方向Sθ上正应力和剪切应力：含剪切应力的应力方程和曲线

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。零件的残余应力大部分都可通过适当的热处理消除。残余应力也有有益的方面，它可以被控制用来提高零件的疲劳强度和耐磨性能。消除方法：一、自然时效自时效是通过把零件暴露于室外，经过几个月甚至几年的时间，使其尺寸精度达到稳定的一种方法。这种时效方法早已被普遍采用。大量的试验研究和生产实践证明，自然时效具有稳定铸件尺寸精度的良好效果。二、热时效 1.用的工艺方法就是进行消除应力的退火，这种方法的特点就是能够大幅度的降低构件的残余应力，尺寸精度稳定。构件加热到400－700°C时，技术构件即具有相当的单行，同时具有明显的塑性，这个温度范围称为弹性转变温度。 2.影响热时效效果的因素 a. 热时效中，退火温度是影响消除残余应力效果的最重要因素。 b. 热时效保温时间 c. 热时效升温速度 d. 热时效降温速度