殘余應力的危害及其超聲波法檢測綜述

殘余應力，也稱內應力，是消除外力或不均勻的溫度場等作用后仍留在物體內的自相平衡的內應力。殘余應力是由于金屬內部組織，發(fā)生了不均勻的體積變化而產生的，機械加工和強化工藝都能引起殘余應力。

 

按照不同的標準，殘余應力可分為不同的類別，按應力產生的原因可將其分為熱應力、相變應力、收縮應力；按照殘余應力影響區(qū)域的不同，可將其分為宏觀殘余應力、微觀殘余應力和點陣畸變等。

 

 

殘余應力的影響

殘余應力一般是有害的，具有內應力的工件，是處在一種不穩(wěn)定狀態(tài)之中，其內部的組織有強烈地恢復到?jīng)]有內應力的穩(wěn)定狀態(tài)的傾向，因此會對工件屈服強度、疲勞壽命、變形、脆性破壞及耐蝕性等多方面造成影響。如工件在不適當?shù)臒崽幚?、焊接或切削加工后，殘余應力會引起零件發(fā)生翹曲或扭曲變形，甚至開裂，或經(jīng)淬火、磨削后表面會出現(xiàn)裂紋。

 

在內應力作用下，工件的形狀逐漸改變從而喪失其原有精度。殘余應力的存在有時不會立即表現(xiàn)為缺陷，而當工件在工作中因工作應力與殘余應力的疊加，使總應力超過強度極限時，便會出現(xiàn)裂紋和斷裂。如果把存在內應力的工件投入使用，則會因其在使用中的變形而破壞整體結構。

 

 

此外，由于工件內部的殘余應力，使其處于高能量狀態(tài)，易與氧化介質發(fā)生化學作用，造成腐蝕，從而降低了其自身的耐蝕性。不僅如此，殘余應力還改變了材料表面受載時的應力分布，降低疲勞強度。

 

殘余應力的檢測

對于殘余應力的檢測，有超聲波法、X射線法、掃描電鏡法、磁學檢測法和盲孔法等方法，每種方法均有其各自的特點。相比較而言，超聲波應力檢測法具有諸多方面顯著優(yōu)點，其為無損檢測法，不損傷材料，測量深度大，操作簡便、快捷，可進行野外檢測作業(yè)等。

 

超聲波應力測量法是基于材料的聲彈性理論，即依據(jù)被測對象中超聲波傳播速度與應力之間存在的固有關系，將這種特性轉為數(shù)字信號表征的力學定量檢測手段。隨著超聲波應力檢測技術的快速發(fā)展，已經(jīng)在石油化工、油氣管道、航空航天、鋼結構和橋梁建筑等工程領域當中獲得廣泛應用。

 

 

為對超聲檢測法進行規(guī)范，目前已有GB/T 32073-2015《無損檢測 殘余應力超聲臨界折射縱波檢測方法》、T/CMCA 4007-2019《鋼結構殘余應力超聲檢測技術規(guī)程》等標準規(guī)范，在具體檢測時可按照相關要求進行操作。為對超聲檢測法進行規(guī)范，目前已有GB/T 32073-2015《無損檢測 殘余應力超聲臨界折射縱波檢測方法》T/CMCA 4007-2019《鋼結構殘余應力超聲檢測技術規(guī)程》等標準規(guī)范，在具體檢測時可按照相關要求進行操作。

 

耦合劑的選擇是采用超聲波法時較為關鍵的一個方面，過程中應使用適當?shù)鸟詈蟿?，以保證在工作溫度范圍內探頭與被檢件表面具有穩(wěn)定可靠的超聲耦合，且不損傷檢測對象表面。需要注意的是，在進行校準和檢測過程中，或者其他相關環(huán)節(jié)，均應使用相同的耦合劑，并保持相同的耦合狀態(tài)。

 

 

檢測過程中應使探頭與被檢構件表面穩(wěn)固密實結合，耦合接觸力應保持恒定且與校準過程一致，也可采用手工、磁吸、真空吸盤或彈簧等方法產生壓緊力。還應注意獲取受檢工件的溫度，按照相關規(guī)定對溫度變化帶來的殘余應力檢測誤差進行補償。

 

結語

殘余應力的存在會給工件內部結構產生一定的影響，除采用科學的方法加強對殘余應力的檢測外，也應積極采取相應措施，盡量減小或消除殘余應力的負面影響。如：采用合理的設計方案和工藝結構，避免出現(xiàn)厚薄不勻、尖角結構等情況；采用合理的切削條件，以減小切削力和降低切削溫度，減小殘余應力。