殘余應力的檢測及消除方法

一 有損檢測法

有損檢測法是指通過切槽、取條或逐層剝除等方法使構件相應部位的殘余應力釋放出來, 再通過對被測構件尺寸變化的測量來計算得到殘余應力的具體數值的檢測方法。

1. 取條法：取條法是指在存在殘余應力的構件上，沿著殘余應力存在的方向切取矩形等截面長條，使存在的殘余應力完全釋放，再通過測量在殘余應力存在方向上構件尺寸的變化值計算出該方向的殘余應力的值。

2. 切槽法：切槽法需要在構件表面上切削圍成一定區域的溝槽，使所圍成的區域內殘余應力完全釋放出來，再通過對應變的測量來計算獲得殘余應力。

3. 鉆孔法：鉆孔法是一種對構件破壞性相對較小的一種有損檢測方法。對存在殘余應力構件的表面鉆一個小孔，使小孔處的殘余應力得以釋放，再通過粘貼在孔鄰近區域的應變片來測量相應的位移和應變，最后可以通過計算來得到在鉆孔處深度方向上的平均殘余應力值。

采用有損檢測法檢測殘余應力時，會對被測部件的表面造成損傷和破壞，因而在一定程度上影響了零件的力學性能甚至導致直接報廢。在實際生產中需要進行殘余應力檢測的部件往往運用在關鍵部位且造價不菲，不允許對被測部件表面造成損傷。因而，有損檢測法會對被測部件造成損傷的缺點嚴重制約了它的應用范圍和發展前景。

二 無損檢測法

殘余應力的無損檢測法主要是通過物理光學和核物理技術來測量材料內部的物理常量（如晶格常數）在應力場中的變化來間接算出物體內部殘余應力值的方法。

1. X 射線衍射法。X 射線衍射法測量殘余應力是基于X 射線衍射理論。當一束波長為 λ 的X 射線照射在晶體表面時，會在特定的角度（2 θ ）上接收到X 射線反射光的波峰，這就是X 射線衍射現象。

2. 磁性法。磁性法分為磁噪聲法和磁應變法。磁噪聲法的理論基礎是當鐵磁材料處于外加交變磁場中時, 磁疇壁會發生不連續的跳躍式急劇變化, 從而在探測線圈中引起噪聲，此現象稱為磁噪聲, 又稱為巴克豪森磁噪聲（BN）。

3. 超聲波法：當被測材料中有殘余應力產生時，會引起被測材料內部力學性能的變化。聲波在材料內部傳遞時也會發生速度的變化。超聲波法就是利用應力引起的聲雙折射效應來測量聲波傳播路徑上的平均應力值。

三 消除殘余應力的方法

殘余應力的存在會嚴重影響零件的加工精度、使用性能以及使用壽命。因此，必須采取相應的工藝來降低或消除不良的殘余應力。

1. 保證零件結構設計合理，盡量避免尖角和壁厚不均等結構；優化加工工藝路線并在每個工藝選擇合理的加工參數，降低零件在每個加工工序中產生的殘余應力，同時通過合理的加工工藝的配合來降低殘余應力。

2. 自然時效處理 。把工件在室內或室外放置一段時間，在晝夜溫差和復雜的“環境振蕩”的作用下工件內部的原子發生微觀位移和擴散，導致微觀殘余應力下降，同時促進工件在宏觀意義下的塑性變形，從而達到降低殘余應力的目的。這種方法需要的時間較長，且消除殘余應力的能力有限。

3. 人工時效處理 。最常見的人工時效處理是時效退火。由于材料的屈服強度會隨著溫度的升高而降低，時效退火法就是把工件加熱到材料的回復或再結晶溫度范圍內保存幾小時甚至幾十小時，來降低材料的屈服強度，使那些在殘余應力作用下達到屈服極限的部分發生熱塑性變形來消除殘余應力的。這種方法要保證冷卻速度足夠緩慢，以免在工件冷卻過程中產生新的殘余應力。目前人工時效處理應用非常廣泛，它最高可以消除部件內部80% 的殘余應力，但是它存在可能引起部件材料的高溫軟化，其設備昂貴，對環境也有一定污染等缺點。

4. 振動時效處理 。振動時效是利用機械共振的方法消除或均化金屬結構在鑄造、鍛壓、焊接和切削等機械加工后所產生的殘余應力。它通過向工件施加一定大小和頻率激蕩力的方式給工件傳遞能量，使工件發生微小或宏觀塑性應變來勻化和消除殘余應力。振動時效法不僅可以大幅度地消除工件內部的殘余應力，而且設備簡便，節能環保，消除殘余應力效率高。

5. 局部塑性變形法。對于精度要求不高的零件，可以在其殘余拉應力存在的表面通過手錘敲擊或過載的方法使其沿著拉應力的方向產生塑性變形來消除殘余應力。