残余应力的成因及分布规律
厚板焊接接头残余应力分布
厚板焊接接头残余应力分布一、前言焊接是制造业中常用的一种连接技术，但是焊接过程中会产生残余应力，如果不及时处理，会对焊接结构的安全性和稳定性产生影响。
本文将介绍厚板焊接接头残余应力分布的相关知识。
二、残余应力的定义和产生原因1. 残余应力的定义残余应力是指在物体内部存在的没有外部载荷作用下仍然存在的应力。
它是由于物体内部存在着不均匀的热变形以及冷却过程中由于温度梯度引起的收缩变形等原因所引起。
2. 残余应力产生原因在焊接过程中，由于高温下金属材料热膨胀系数不同，且冷却速度快，使得各处受到不同大小、方向和位置的约束，从而导致了残余应力。
三、厚板焊接接头残余应力分布特点1. 焊道处残余应力最大在厚板焊接接头中，由于焊道处受到了最大热输入和冷却速度最快等多重因素影响，所以其残余应力最大。
2. 焊接热影响区内残余应力较大焊接热影响区是指焊接过程中受到高温热输入的区域，这个区域内的材料发生了相应的变形，因此其残余应力较大。
3. 焊缝两侧残余应力差异较大在厚板焊接接头中，由于各处受到不同大小、方向和位置的约束，导致了焊缝两侧残余应力差异较大。
四、厚板焊接接头残余应力分布计算方法1. 数值模拟法数值模拟法是通过计算机软件进行仿真分析，模拟出焊接过程中各处的温度场和变形场，并进而计算出残余应力分布情况。
这种方法可以在不同条件下进行多次仿真分析，并对比结果，找出最优方案。
2. 实验测量法实验测量法是通过实验手段对焊接结构进行测试，并通过测试数据计算出残余应力分布情况。
这种方法可以直观地观察到实际情况，并且可以验证数值模拟结果的准确性。
五、厚板焊接接头残余应力分布的影响因素1. 焊接参数焊接参数是指焊接过程中的电流、电压、焊接速度等参数。
这些参数的不同组合会对焊接过程中的温度场和变形场产生不同的影响，从而影响残余应力分布情况。
2. 材料性质材料性质包括材料的热膨胀系数、热导率、比热容等。
这些性质的不同会导致在焊接过程中材料发生不同的变形，从而影响残余应力分布情况。
渗碳淬硬层残余应力的分布特征
渗碳淬硬层残余应力的分布特征渗碳淬硬层是通过在钢表面加热处理过程中将碳元素放入钢表面来提高钢的硬度和耐磨性的一种工艺。
在渗碳淬硬层形成的过程中，由于钢材经历了高温加热和快速冷却的过程，会产生残余应力。
这些残余应力会对渗碳淬硬层的性能和稳定性产生影响。
下面将介绍渗碳淬硬层残余应力的分布特征。
一、渗碳淬硬层残余应力的产生机制1.渗碳过程中产生的应力：渗碳处理过程中，由于将碳元素放入钢表面，钢表面会出现膨胀，而心部温度较低，不能膨胀，导致产生应力。
2.快速冷却引起的应力：在渗碳淬火过程中，由于淬火速度很快，钢材表面和心部温度存在梯度差，导致钢材表面形成残余应力。
1.层状分布特征：渗碳淬硬层的残余应力分布呈现出层状结构。
表面区域的应力较大，而心部区域的应力较小。
这是由于渗碳过程中碳元素的运动和钢材表面的变形造成的。
2.厚度变化引起的应力分布：渗碳淬硬层的残余应力与渗碳层的厚度有关。
通常情况下，渗碳层的厚度越大，残余应力越大。
这是由于渗碳过程中膨胀引起的应力增大造成的。
3.表面质量对残余应力的影响：渗碳淬硬层的残余应力与表面质量密切相关。
表面质量越好，残余应力越小。
这是因为渗碳过程中，渗碳剂的粒度大小、使用情况等会影响到渗层的质量，进而影响到残余应力的分布。
4.温度梯度对应力的影响：温度梯度是渗碳淬硬过程中产生残余应力的主要因素之一、渗碳淬火过程中，由于表面和心部的温度梯度差异，会导致残余应力的产生。
温度梯度越大，残余应力越大。
三、渗碳淬硬层残余应力的控制方法为了控制渗碳淬硬层的残余应力，可以考虑以下方法：1.控制渗碳温度和时间：渗碳温度和时间的控制对渗碳淬硬层的残余应力有重要影响。
合理选择渗碳温度和时间，可以减小残余应力。
2.控制淬火速度：淬火速度对渗碳淬硬层的残余应力有显著影响。
合理选择淬火速度，可以减小残余应力。
3.提高硬化工艺控制精度：提高硬化工艺的控制精度，可以减小残余应力的产生。
4.优化渗碳剂和处理工艺：优化渗碳剂和处理工艺，可以改善渗碳淬硬层的质量，从而减小残余应力的产生。
焊接残余应力的分布及控制措施
焊接残余应力的分布及控制措施山东电力建设第二工程公司周元庆摘要：分析焊接残余应力的分布、焊接残余应力对焊接结构的影响，提出减小焊接残余应力的控制措施。
关键词：焊接残余应力、分布、影响、控制措施电建行业中，我们大量应用到焊接技术，其中主要包括钢结构焊接、管道焊接等。
焊接过程会产生焊接残余应力，焊接残余应力会降低承载能力、引起焊接裂纹，甚至脆断、在腐蚀介质中，产生应力腐蚀裂纹以及引起变形等，因此，需要采用合理的方法进行控制。
一、焊接残余应力的分布：1、纵向应力бx ：我们把焊缝方向的应力称为纵向应力。
бx在焊件横截面上的分布规律为：焊缝及其附近区域为残余拉应力，一般可达材料的屈服强度，随着离焊缝距离的增加，拉应力急剧下降并转为压应力；бx 在焊件纵截面上的分布规律为：在焊件纵截面端头，бx=0，越靠近纵截面的中间，бx越大，逐渐趋近于бs。
2、横向应力бy：垂直于焊缝方向的应力成为横向应力。
横向应力较纵向应力来讲比较复杂，它可分为两个组成部分，其中一个是由于焊缝及其附近的塑性变形区的纵向收缩所引起的横向应力бy′，另一个是由焊缝及其附近塑性变形区的横向收缩的不同时性所引起的横向应力бy ″。
бy=бy′+бy″。
3、厚板中的残余应力：厚板焊接结构中除了存在着纵向应力和横向应力外，还存在着较大的厚度方向的应力。
4、在拘束状态下焊接的内应力：构件在受拘束状态下焊接时所产生的应力称为拘束状态下焊接的内应力。
这种应力对结构的影响比较大，在设计和施工时应注意采取措施消除或减少。
5、封闭焊缝所引起的内应力：在容器、船舶等板壳结构中，经常会遇到焊接接管、人孔接头和镶块等的焊缝构成一个封闭回路，称之为封闭焊缝。
封闭焊缝时在较大拘束下焊接的，因此内应力比在自由状态时大。
结构的刚度越大，拘束度越大，内应力也越大。
二、焊接残余应力对焊接结构的影响1、对静载强度的影响：如果材料具有足够的塑性，焊接残余应力的存在并不影响结构的静载强度，但是如果是脆性材料制造的焊接结构，由于材料不能进行塑性变形，随着外力的增加，构件不可能产生应力均匀化，所以在加载过程中应力峰值不断增加。
圆柱齿轮加工工艺中的加工表面残余应力分布
圆柱齿轮加工工艺中的加工表面残余应力分布圆柱齿轮是机械传动中常用的一种元件，其性能的优劣与表面残余应力密切相关。
本文将探讨圆柱齿轮加工工艺中的加工表面残余应力分布情况，并分析其影响因素及对齿轮性能的影响。
一、加工表面残余应力的形成在圆柱齿轮加工过程中，由于切削力及热源的作用，工件表面产生塑性变形和温度变化，从而导致加工表面残余应力的形成。
具体而言，加工过程中的切削力会使工件表面产生塑性变形，而高温源（如切削热）则会引起工件表面的温度升高。
这些因素共同作用下，导致了加工表面残余应力的产生。
二、加工表面残余应力的分布形式圆柱齿轮加工表面残余应力的分布形式是不均匀的，一般可以分为径向和周向两个方向。
在径向方向上，齿轮的表面残余应力呈现出放射状分布，即离齿轮中心越远，残余应力越小。
而在周向方向上，齿轮的表面残余应力呈现出环形分布，即接近齿槽处的表面残余应力较大，而齿槽之间的表面残余应力较小。
三、影响加工表面残余应力的因素1. 切削参数：切削速度、进给速度、切削深度等切削参数的选择和调整都会对加工表面残余应力产生影响。
一般情况下，切削速度越高，加工表面残余应力越小；进给速度越大，加工表面残余应力越大；切削深度的增加也会使加工表面残余应力增大。
2. 热源：加工过程中的热源主要来自切削热和摩擦热。
切削热的大小与切削速度、切削力以及刀具材料等因素相关，而摩擦热则与接触面的摩擦系数、转速等因素有关。
热源的变化将直接影响加工表面残余应力的分布情况。
3. 材料性质：工件材料的硬度、韧性以及导热性等性质也会对加工表面残余应力产生影响。
一般而言，材料的硬度越高、韧性越低，加工表面残余应力越大。
四、加工表面残余应力对齿轮性能的影响加工表面残余应力对齿轮的性能具有重要的影响。
首先，加工表面残余应力会导致齿轮的尺寸变化及形状变形，从而影响齿轮的装配精度和工作传动性能。
其次，齿轮在工作时会承受着较大的载荷，加工表面残余应力会减少齿轮的疲劳寿命，增加其断裂风险。
残余应力的成因及分布规律
残余应力的成因及分布规律
残余应力是构件还未承受荷载而早已存在于构件截面上的初应力。
产生残余应力的主要原因是由外界条件引起了不均匀的塑性变形，有两种常见情况导致不均匀塑性变形：一是非均匀温度场的高温热循环作用，如焊接后未作特殊处理或采取火焰切割下料等；二是钢材的冷加工，冷加工会使构件产生不均匀塑性变形，因而产生残余应力。
残余应力的大小、分布与截面几何形状、几何尺寸、构件制造方法和加工过程等密切相关。
残余应力的分布特点是截面上的应力满足静力平衡条件。
图3-8所示为几种工字形截面沿构件纵向的残余应力分布，图中压应力为负值，拉应力为正值。
图3-8(a)为轧制普通工字钢，这种截面的腹板厚度远小于其冀缘厚度。
热轧后腹板中间部位先冷却，翼缘后冷却，又由于翼缘宽度较窄，因而在冷却过程中翼缘的收缩受到比其先冷却的腹板部分的约束而在翼缘中产生残余拉应力，在先冷却的腹板部分产生残余压应力。
图3-8(b)为轧制H型钢，其翼缘宽度较大，热轧后冷却过程中，翼缘两端由于其暴露于空气中的面积较翼缘与腹板交接部分为多而冷却较快，腹板中间部位则因厚度较薄而冷却较快，翼缘与腹板交接部位冷却收缩变形受到较其先冷却部分的约束而出现残余拉应力，先冷却部分则出现残余压应力。
图3-8(c)为翼缘为轧制边的焊接工字形截面，焊接处由于热量的高度集中，冷却后焊缝附近的腹板和翼缘板上均产生残余拉应力。
冀缘板两端与腹板中间部分则为残余压应力。
图3-8(d)为翼缘是火焰切割边的工字形截面，翼缘钢板两端有残余拉应力，而中间部分为残余压应力。
用这种钢板制作翼缘板的焊接工字形截面在焊缝冷却后，翼缘板中将产生相反的残余应力。
焊接残余应力
不同焊接顺序对横向应力σ’’y的影响
\\ y
\\ y
σs
从中间向两端焊
从两端向中间焊
不同焊接顺序对横向应力的影响
3) 总的σy
y
' y
'' y
大小受σs的限制
4)横向应力在板宽方向上的分布
横向应力沿板宽上的分布
焊缝中心应力幅值大，两侧应力幅值小，边缘处应力值为零。
环焊缝纵向应力与圆筒半径及焊 接塑性变形区宽度的关系
◇取决于圆筒的半径R、壁 厚δ、塑变区的宽度bp
2. 横向残余应力的分布σy
σ’y 由焊缝及其附近的塑性变形区的纵向收缩引起的 σy= +(叠加)
σ’’y由焊缝及其附近的塑性变形区的横向收缩的不 同时性所引起的
1)σ’y分析：
➢两块平板对焊件，其纵向应力的分布是焊缝及其附近 的塑性变形区为拉应力，两侧为压应力。
一.焊接残余应力的分布
纵向应力σx：沿焊缝方向上的应力
横向应力σy：垂直于焊缝方向上的应力
σz： 厚度方向上的应力
1.纵向残余应力的分布
1) 纵向残余应力在纵向上的分布
总结： 板条中部区， 焊缝纵向残余应力 基本保持不变。在 板条的端部存在一 个内应力的过渡区， 纵向残余应力逐渐 降至零。
原因：板条两端的边界条件与中间部分不同，拘束度和热循 环特性不尽相同，使两端的纵向残余应力出现过渡区。
＋
420MPa
厚板V形坡口多层焊时沿厚度上的应力分布
4. 拘束状态下焊接的内应力
σ=σy+σf
结论：σ由拘束产生的反作用力σf与自由状态下焊接产生的横 向残余应力σy之和。
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。
焊接残余应力的产生原因及控制方法的总结
焊接残余应力的产生原因及控制方法的总结摘要：焊接应力是焊接构件产生裂纹和变形的主要因素，对焊接质量影响较大。
因此，理解和掌握焊接残余应力的产生原因及控制方法，就显的非常重要。
本文对焊接残余应力的产生对结构的影响、焊接残余应力的预防及焊接残余应力的消除方法，进行了全面的归纳和总结，为学生能更好地理解和掌握焊接残余应力的相关知识，起到了一定的帮助作用关键词：焊接应力产生原因控制方法焊件在焊接过程中，由于受到了不均匀的局部加热和冷却，使焊件产生了不均匀的体积膨胀和收缩，导致焊件内部产生了焊接残余应力，而焊接残余应力又是产生裂纹和变形的主要因素。
因此，为让学生能够真正理解和掌握焊接残余应力产生的原因、焊接残余应力对焊件产生的影响及如何减少和消除焊接残余应力等内容，帮助学生为今后从事焊接工作打下良好的理论基础。
下面就焊接残余应力的相关知识，进行归纳和总结。
一、焊接残余应力的产生1、焊件在焊接过程中，其焊缝高温区的膨胀受到了周边低温区的限制与挤压，使高温区域产生局部压缩塑性变形，当焊件在冷却过程中，受到局部压缩产生塑性变形的金属由于不能自由收缩，而受到低温区的拉伸，这时，焊件中就产生了一个与焊件加热时产生的应力方向相反的应力，即焊接残余应力，又称温度应力。
2、焊缝在高温向低温的冷却过程中，焊缝金属会发生二次相变，这种二次相变，会引起金属材料组织的变化，从而产生体积的变化，在焊接接头区域产生了应力，又称相变应力。
3、在焊接过程中，如对焊件采用刚性固定，那么，焊接后焊件变形减少，但应力却增加。
反之，要使焊件残余应力减少，其变形量就要有一定的增加。
但焊接应力与变形在一定条件下，都将影响到焊件的质量。
所以，应力和变形要合理控制好。
4、焊接材料的屈服强度、导热系数、线膨胀系数、密度、比热容、焊件的形状与尺寸、焊接方法和焊接工艺等因素，对焊接残余应力的分布和大小都将产生较大的影响。
二、焊接残余应力对焊件结构产生的影响1、对焊件结构刚度产生的影响当焊件某个区域所受的应力达到屈服点时，这一区域部分的金属材料就会产生局部塑性变形，无法再承受外载荷，从而导致焊接结构的有效截面减少，使焊接结构的刚度降低。
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。
焊接残余变形和残余应力
状态III
状态Ⅰ 状态II
N1
V y
V n
NN N
1x
n
+ V+
++ ++
x
++
++
状态Ⅰ
y
+ + + + +
状态II
+
+ +
Nx
+
+
y
状态III
N1
T y
Tx1 xi2 yi2
N1xT
Ty1 xi2 yi2
合成后，得
+
状态III ++y
+ +
+ +
Tx
+
+
+
NT 1
螺栓受力特性
y
承受剪力 N。
剪力的计算
+ + +
++i r+i
Ni
T
++
x
++
由平衡条件和基本假定： T N1r1 N2r2 N3r3 Nnrn （a）
NT NT NT
NT
1 2 3 n
r1
r2
r3
rn
n
1
r1 r2 o r3
2 N1
3 N2
4
6
5
N T r2 N T , N T r3 N T , , N T rn N T
② l1＞15d0情况
此时，螺栓剪力分布明显不均，距外力N最近的一排 螺栓受力最大，会首先破坏并依次逐排朝内破坏。为保 证其安全，将承载力乘降低系数。
表面残余应力产生的主要原因
表面残余应力产生的主要原因表面残余应力是指物体表面上存在的一种内应力状态，这种应力是由于物体在制造或加工过程中受到了外力的作用而产生的。
表面残余应力的产生主要有以下几个原因。
温度梯度是导致表面残余应力产生的重要原因之一。
当物体在制造或加工过程中，不同部位的温度存在差异，导致物体表面的温度与内部的温度不一致。
由于物体的热膨胀系数不同，表面和内部产生了不同的变形，从而引起了表面残余应力的产生。
机械变形也是引起表面残余应力的重要因素。
在物体的制造或加工过程中，常常需要对物体进行弯曲、拉伸、压缩等机械变形操作。
这些变形会使物体的内部产生应力，由于物体的形状复杂或变形过程中受到限制，导致应力无法完全消除，从而在表面产生了残余应力。
材料的相变也会引起表面残余应力的产生。
在材料的制造或加工过程中，常常会发生相变现象，例如固态相变、液态相变等。
这些相变过程伴随着物体内部结构的变化，使得表面和内部的应力分布不一致，从而产生了表面残余应力。
再者，物体的形状设计和工艺参数选择也会对表面残余应力产生影响。
在物体的制造或加工过程中，设计和选择合适的形状和工艺参数可以减小表面残余应力的产生。
例如，在焊接过程中，选择合适的焊接接头形状和焊接参数，可以减小残余应力的产生。
材料的性质和组织结构也会对表面残余应力产生影响。
不同材料具有不同的力学性能和内部结构，这些因素会导致材料在制造或加工过程中产生不同的应力分布。
例如，金属材料具有较好的可塑性，可以通过塑性变形消除应力，而陶瓷材料则具有较差的可塑性，容易产生残余应力。
表面残余应力的产生主要是由于物体在制造或加工过程中受到了温度梯度、机械变形、材料相变、形状设计和工艺参数选择以及材料性质和组织结构等因素的影响。
了解和控制这些影响因素，可以有效减小表面残余应力的产生，提高物体的性能和可靠性。
残余应力的产生和对策 书籍
残余应力的产生和对策书籍《残余应力的产生和对策》第一章什么是残余应力残余应力是指在物体内部或表面存在的一种剩余应力，它是由于物体经历了外部力的作用或热应变引起的。
这种应力可能会对物体的性能和稳定性产生重要影响。
第二章残余应力的产生机制2.1 材料加工过程中的残余应力在材料的加工过程中，如锻造、轧制、淬火等，由于外部力的作用，会在材料内部产生残余应力。
这些应力可能会导致材料的变形、裂纹甚至破坏。
2.2 热应变引起的残余应力材料在冷却过程中，由于温度变化引起的热应变会导致残余应力的产生。
这种应力可能会导致材料的变形和破坏。
第三章残余应力对物体的影响3.1 对材料性能的影响残余应力会改变材料的力学性能，如强度、韧性等。
这些应力可能会导致材料的脆化、疲劳寿命的降低等问题。
3.2 对结构的影响残余应力可能会导致结构的变形和破坏，从而影响结构的稳定性和安全性。
第四章残余应力的对策4.1 应力退火通过加热材料并保持一段时间，使其内部的残余应力逐渐释放。
这种方法可以有效地减少残余应力，提高材料的稳定性和性能。
4.2 加工控制在材料的加工过程中，合理控制外部力的大小和方向，可以减少残余应力的产生。
例如，在锻造过程中使用适当的温度和应力控制方法，可以降低残余应力的产生。
4.3 热处理通过对材料进行热处理，可以改变其晶体结构，从而减少残余应力的产生。
这种方法可以提高材料的稳定性和机械性能。
第五章结语残余应力是材料工程中一个重要的问题，它对材料的性能和结构的稳定性有着重要影响。
通过了解残余应力的产生机制和对策，我们可以采取有效的方法来减少残余应力的影响，提高材料的性能和结构的稳定性。
在今后的工程实践中，我们应该重视残余应力的问题，并采取相应的措施来解决。
只有这样，我们才能更好地保障工程的质量和安全性。
残余应力原理
残余应力原理
残余应力是指材料或构件在制造过程中形成的内部应力，这些应力在加工、热处理、焊接、冷却等工艺过程中产生，并且在工艺结束后保留在材料或构件中。
残余应力对材料的性能和行为具有重要影响，因此了解和管理残余应力对于确保材料和构件的安全性和可靠性至关重要。
残余应力的形成是由于材料内部存在非均匀的应变分布或材料结构的变化，导致各个部分之间存在应力差异。
这些应力差异可以通过各种因素引起，如材料的收缩、膨胀、塑性变形、相变等。
残余应力的形成和分布可以通过残余应力原理来解释。
残余应力原理包括以下几个要点：
1. 弹性变形：材料在受到外部载荷或热处理等因素作用时，会发生弹性变形。
弹性变形会导致材料内部的应力分布，当外部载荷消失或工艺结束后，部分应力会被保留下来形成残余应力。
2. 塑性变形：材料在受到外部载荷时，可能会发生塑性变形。
塑性变形会引起材料内部的应力重新分布，当外部载荷消失后，部分应力会被保留下来形成残余应力。
3. 热应力：材料在受到热膨胀或热收缩等热载荷时，会发生热应力。
热应力会导致材料内部的应力分布不均匀，当温度变化或热载荷消失后，部分应力会保留下来形成残余应力。
4. 相变应力：材料在相变过程中可能发生相变应力。
相变应力会导致材料内部的应力分布，当相变完成后，部分应力会被保留下来形成残余应力。
了解和分析残余应力的分布和大小对于材料和构件的设计、制造和使用具有重要意义。
在工程实践中，常采用各种测量和分析方法来评估和控制残余应力，以确保材料和构件的性能和可靠性。
残余应力的产生
残余应力的产生残余应力是指在没有对物体施加外力时，物体内部存在的保持自相平衡的应力系统。
它是固有应力或内应力的一种。
产生残余应力的机理：各种机械加工工艺如铸造、切削、焊接、热处理、装配等都会产生不同程度残余应力。
下面用力学模型分析残余应力产生的原因。
一、机械加工引起的残余应力这是金属构件在加工中最易产生的残余应力。
当施加外力时，物体的一部分出现塑性变形，卸载后，塑性变形部分，限制了与其相邻部分变形的恢复，因而出现了残余应力。
如图1.1a所示，当一均匀梁受纯弯曲且上下表面进入塑性时，沿横截面各层上的应变分布如aa`线所示。
其中mn部分产生了塑性变形，而no部分仍处于弹性状态。
当外力去除时梁的变形得到恢复，各点的应变也得到释放，但梁的上表面m点深至n点这一层内已产生塑性变形，设上表面m点的塑性应变为εt，则当截面mm`各点的应变恢复到折线bnon`b`时，整个截面内将不存在应力。
但实际上梁截面内应变分布是以中性层为坐标原点的线性分布，所以当上表面的应变值从εa降至εt时，截面内各点仍有不平衡的弹性应变如△bon所示。
因此梁的变形将继续恢复，并使表面往下某一深度内产生压缩应变如△bpc所示。
这时梁内出现了如图1.1b所示的应力分布。
直到所有的应力在梁轴向总和为零且对o点的力矩为0时，截面处于平衡状态而不再发生变形。
这时沿截面各点出现了正负相间的自相平衡的应力系统，这就是残余应力。
上述分析可见，构件在外力作用下出现局部的塑性变形，当外力去除时，这些局部的塑性变形限制了整个截面变形的恢复，因此产生了残余应力。
这种由局部塑性变形引起的残余应力，在很多加工工艺中均会出现，如锻压、切削、冷拔、冷弯等等。
这种残余应力往往是很大的。
二、温度不均匀引起的残余应力这种残余应力的产生主要有以下两种原因：第一是由于温度不均匀造成局部热塑性变形；第二是由于相变引起的体积膨胀不均匀造成局部塑性变形。
1、于热塑性变形不均而产生的残余应力；金属材料在高温下其性能将发生很大的变化，如屈服极限、弹性模量等都随温度的升高而下降。
金属结构中残余应力的讨论
金属结构中残余应力的讨论引言:金属材料在加工和制造过程中常常会产生残余应力。
残余应力是指在金属结构中存在的不能消除的内部应力。
这些应力与材料的弹性、塑性变形以及温度变化等因素密切相关。
残余应力不仅会影响金属结构的机械性能和稳定性，还可能导致材料疲劳和腐蚀的问题。
本文将讨论金属结构中残余应力的产生原因、影响因素以及相关的解决方法。
一、残余应力的产生原因：1. 热加工引起的残余应力：热加工过程中，金属材料的温度发生变化，导致结晶体重新排列和形变。
由于金属材料的热膨胀系数与晶格结构和温度变化有关，不同部位的热膨胀产生的变形会引起残余应力。
2. 加工变形引起的残余应力：金属材料在加工过程中经历了塑性变形，如锻造、压延、挤压等。
这些变形引起了晶粒的滑移和再结晶，导致了残余应力的产生。
3. 焊接引起的残余应力：焊接是金属结构常用的连接方式，但焊接过程中会通过加热和冷却引起温度梯度，从而导致残余应力的产生。
焊接接头处的残余应力常常是金属结构中最大的。
二、影响残余应力的因素：1. 材料性质：金属材料的物理和化学性质对残余应力产生影响。
例如，材料的热膨胀系数、熔点、晶格结构等因素可以改变金属材料的残余应力分布情况。
2. 加工方式：不同的加工方式会对金属材料的残余应力产生不同的影响。
例如，拉伸、压缩、弯曲等加工方式都会引起材料的塑性变形，并产生相应的残余应力。
3. 加工温度：金属材料的加工温度对残余应力的产生也有重要影响。
高温加工环境下的金属材料通常会发生晶粒长大和再结晶现象，从而减小残余应力。
三、残余应力的影响：1. 机械性能变化：残余应力会改变金属材料的机械性能，如屈服强度、断裂韧性和抗疲劳性等。
高残余应力会降低金属材料的强度和韧性，增加产生裂纹和疲劳断裂的风险。
2. 变形和变形失稳：金属材料中的残余应力会导致变形和变形失稳现象。
在应力作用下，残余应力会与外部载荷相互作用，引起非弹性变形，进而导致形状失稳。
3. 腐蚀和疲劳问题：残余应力会影响金属结构的抗腐蚀性能，加速腐蚀的发生。
残余应力的概念
残余应力的概念残余应力是指材料在加工、热处理或使用过程中，由于内部应力分布不均匀而形成的一种应力状态。
这种应力状态不会随着外力的消失而完全消失，而是留下一定的应力残留在材料中。
残余应力的存在会对材料的性能和寿命产生重要影响。
一、残余应力的形成原因1. 加工应力：在材料加工过程中，由于切削、锻造、轧制等加工方法的不同，会在材料内部产生不同方向的应力。
这些应力在加工后不会完全消失，留下一定的残余应力。
2. 热处理应力：在材料热处理过程中，由于温度变化和组织结构的变化，会形成内部应力。
这些应力也不会完全消失，留下一定的残余应力。
3. 使用应力：在材料使用过程中，由于受到外部载荷的作用，会产生内部应力。
这些应力也不会完全消失，留下一定的残余应力。
二、残余应力的影响1. 影响材料的强度和韧性：残余应力会使材料的强度和韧性发生变化，使其抗拉、抗压、抗弯等性能发生变化。
2. 影响材料的疲劳寿命：残余应力会影响材料的疲劳寿命，使其在受到疲劳载荷时更容易发生疲劳裂纹。
3. 影响材料的变形和稳定性：残余应力会影响材料的变形和稳定性，使其在受到外部载荷时更容易发生塑性变形和变形失稳。
4. 影响材料的耐腐蚀性能：残余应力会影响材料的耐腐蚀性能，使其更容易受到腐蚀和损伤。
三、残余应力的测量方法1. X射线衍射法：利用X射线的衍射现象，测量材料内部的晶格应变，从而得到残余应力的大小和方向。
2. 中子衍射法：利用中子的衍射现象，测量材料内部的晶格应变，从而得到残余应力的大小和方向。
3. 光学法：利用光学原理，测量材料内部的应变，从而得到残余应力的大小和方向。
4. 拉伸法：利用拉伸试验机，测量材料在不同拉伸程度下的应力和应变，从而得到残余应力的大小和方向。
总之，残余应力是材料内部的一种应力状态，对材料的性能和寿命产生重要影响。
通过合适的测量方法，可以准确地测量残余应力的大小和方向，为材料的应用提供科学依据。
残余应力的产生和消除方法
残余应力的产生和消除方法2011年08月09日10:56转载344次阅读0次被顶共有评论1条金属构件(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性变形，继续变粗，而薄壁部分只是弹性拉长，这时拉压应力随厚壁部分变粗而消失。
铸件仍继续冷却，当薄厚壁部分进入弹性区时，由于厚壁部分温度高，收缩量大。
但薄壁部分阻止厚壁部分收缩，故薄壁受压应力，厚壁受拉应力。
应力方向发生了变化。
这种作用一直持续到室温，结果在常温下厚壁部分受拉应力，薄壁部分受压应力。
这个应力是由于各部分薄厚不同。
冷却速度不同，塑性变形不均匀而产生的，叫热应力。
在导轨或侧壁的同一个截面内，表层与内心部，由于冷却快慢不同，也产生相互平衡拉压的应力，用类似与上述方法分析，可知在室温下表层受压应力，心部受拉应力，并且截面越大，应力越大，此应力也叫热应力。
(2)相变应力常用的铸铁含碳量在2.8-3.5%，属于亚共晶铸铁，由结晶过程可知①：厚壁部分在1153℃共晶结晶时，析出共晶石墨，产生体积膨胀，薄壁部分阻碍其膨张，厚壁部分受压应力，薄壁部分受拉应力，薄辟部分受拉应力。
焊接残余应力的分布规律
焊接残余应力的分布规律一、引言焊接是一种常见的金属连接方法，但在焊接过程中会产生残余应力。
焊接残余应力对焊接件的性能和使用寿命有着重要的影响。
了解焊接残余应力的分布规律对于优化焊接工艺和改善焊接质量具有重要意义。
二、焊接残余应力的形成原因焊接过程中，由于高温引起的热膨胀和冷却引起的收缩不一致，导致焊接件产生残余应力。
主要原因包括： 1. 温度梯度引起的热应力：焊接过程中，焊缝和周围基材的温度梯度较大，导致热应力的产生。
2. 体积收缩引起的力学应力：焊接过程中，焊缝和周围基材由于冷却引起的收缩不一致，产生了力学应力。
3. 相变引起的应力：焊接过程中，由于相变引起的体积变化也会导致应力的产生。
三、焊接残余应力的分布规律焊接残余应力的分布规律受到多种因素的影响，包括焊接工艺、焊接材料、焊接过程参数等。
根据焊接残余应力的分布规律，可以将其分为以下几个方面：1. 焊接接头中心区域焊接接头中心区域是焊接残余应力的集中区域。
由于焊接过程中产生的热应力和力学应力都会在这个区域集中释放，导致残余应力较大。
2. 焊接接头边缘区域焊接接头边缘区域是焊接残余应力的较大区域之一。
由于焊接过程中热量的集中和收缩的不均匀性，使得焊接接头边缘区域的残余应力较大。
3. 焊接接头与基材交界处焊接接头与基材交界处是焊接残余应力的另一个集中区域。
由于焊接过程中焊接接头与基材的热膨胀系数不同，导致焊接接头与基材交界处的残余应力较大。
4. 焊接接头内部区域焊接接头内部区域是焊接残余应力的分布相对均匀的区域。
由于焊接过程中的热应力和力学应力在这个区域得到部分释放，残余应力较其他区域较小。
四、焊接残余应力的影响焊接残余应力对焊接件的性能和使用寿命有着重要的影响，主要表现在以下几个方面：1. 形变和破裂焊接残余应力会导致焊接件产生形变和破裂，影响焊接件的尺寸精度和结构完整性。
2. 变形和变形失稳焊接残余应力会引起焊接件的变形和变形失稳，影响焊接件的力学性能和稳定性。
工件引起残余应力的原因
工件引起残余应力的原因
内应力是由于材料的结构变化或者加工过程中的变形引起的。
首先，
金属材料的晶界和晶内缺陷会导致内应力的产生。
晶界由于晶体之间的不
完整结合或者晶格方向的不连续性，会导致晶界附近区域内的应力集中，
进而形成内应力。
晶内缺陷包括晶格缺陷（如空位、间隙和夹杂物）和位错。
这些缺陷会导致晶体内部的应力场非均匀分布，形成内应力。
其次，加工过程中的变形也会引起内应力的产生。
例如，锻造、压力
加工和焊接等加工过程会导致材料的塑性变形，形成内应力。
变形过程中，材料会受到压力或拉力的作用，使材料发生塑性变形，然后在变形结束后，材料会出现应力释放不完全，导致产生残余应力。
除了内应力外，外应力也是引起工件残余应力的重要原因之一、工件
在使用过程中受到外界力的作用，会产生外应力。
例如，受力工件受到拉伸、压缩、扭转或弯曲等力，会导致工件内部出现应力分布不均匀，形成
残余应力。
外界温度的变化也会引起工件的热应力，从而产生残余应力。
此外，工件的尺寸和形状也会影响残余应力的产生。
当工件的形状发
生改变时，例如由于焊接或切割等加工过程，其尺寸和形状的改变会导致
内部应力的变化，形成残余应力。
尺寸和形状的改变会使工件的体积、表
面积或者尺寸变化，从而形成内应力。
总结起来，工件残余应力的主要原因包括材料的内应力和外应力。
内
应力是由于材料结构变化或加工过程中的变形所引起的，而外应力是由外
界力的作用或者工件尺寸和形状的改变所引起的。
通过对残余应力的研究
和控制，可以提高工件的使用性能和寿命。
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残余应力的成因及分布规律
残余应力是构件还未承受荷载而早已存在于构件截面上的初应力。
产生残余应力的主要原因是由外界条件引起了不均匀的塑性变形，有两种常见情况导致不均匀塑性变形：一是非均匀温度场的高温热循环作用，如焊接后未作特殊处理或采取火焰切割下料等；二是钢材的冷加工，冷加工会使构件产生不均匀塑性变形，因而产生残余应力。
残余应力的大小、分布与截面几何形状、几何尺寸、构件制造方法和加工过程等密切相关。
残余应力的分布特点是截面上的应力满足静力平衡条件。
图3-8所示为几种工字形截面沿构件纵向的残余应力分布，图中压应力为负值，拉应力为正值。
图3-8(a)为轧制普通工字钢，这种截面的腹板厚度远小于其冀缘厚度。
热轧后腹板中间部位先冷却，翼缘后冷却，又由于翼缘宽度较窄，因而在冷却过程中翼缘的收缩受到比其先冷却的腹板部分的约束而在翼缘中产生残余拉应力，在先冷却的腹板部分产生残余压应力。
图3-8(b)为轧制H型钢，其翼缘宽度较大，热轧后冷却过程中，翼缘两端由于其暴露于空气中的面积较翼缘与腹板交接部分为多而冷却较快，腹板中间部位则因厚度较薄而冷却较快，翼缘与腹板交接部位冷却收缩变形受到较其先冷却部分的约束而出现残余拉应力，先冷却部分则出现残余压应力。
图3-8(c)为翼缘为轧制边的焊接工字形截面，焊接处由于热量的高度集中，冷却后焊缝附近的腹板和翼缘板上均产生残余拉应力。
冀缘板两端与腹板中间部分则为残余压应力。
图3-8(d)为翼缘是火焰切割边的工字形截面，翼缘钢板两端有残余拉应力，而中间部分为残余压应力。
用这种钢板制作翼缘板的焊接工字形截面在焊缝冷却后，翼缘板中将产生相反的残余应力。