残余应力的危害及其超声波法检测综述

残余应力，也称内应力，是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。残余应力是由于金属内部组织，发生了不均匀的体积变化而产生的，机械加工和强化工艺都能引起残余应力。

 

按照不同的标准，残余应力可分为不同的类别，按应力产生的原因可将其分为热应力、相变应力、收缩应力；按照残余应力影响区域的不同，可将其分为宏观残余应力、微观残余应力和点阵畸变等。

 

 

残余应力的影响

残余应力一般是有害的，具有内应力的工件，是处在一种不稳定状态之中，其内部的组织有强烈地恢复到没有内应力的稳定状态的倾向，因此会对工件屈服强度、疲劳寿命、变形、脆性破坏及耐蚀性等多方面造成影响。如工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。

 

在内应力作用下，工件的形状逐渐改变从而丧失其原有精度。残余应力的存在有时不会立即表现为缺陷，而当工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，便会出现裂纹和断裂。如果把存在内应力的工件投入使用，则会因其在使用中的变形而破坏整体结构。

 

 

此外，由于工件内部的残余应力，使其处于高能量状态，易与氧化介质发生化学作用，造成腐蚀，从而降低了其自身的耐蚀性。不仅如此，残余应力还改变了材料表面受载时的应力分布，降低疲劳强度。

 

残余应力的检测

对于残余应力的检测，有超声波法、X射线法、扫描电镜法、磁学检测法和盲孔法等方法，每种方法均有其各自的特点。相比较而言，超声波应力检测法具有诸多方面显著优点，其为无损检测法，不损伤材料，测量深度大，操作简便、快捷，可进行野外检测作业等。

 

超声波应力测量法是基于材料的声弹性理论，即依据被测对象中超声波传播速度与应力之间存在的固有关系，将这种特性转为数字信号表征的力学定量检测手段。随着超声波应力检测技术的快速发展，已经在石油化工、油气管道、航空航天、钢结构和桥梁建筑等工程领域当中获得广泛应用。

 

 

为对超声检测法进行规范，目前已有GB/T 32073-2015《无损检测 残余应力超声临界折射纵波检测方法》、T/CMCA 4007-2019《钢结构残余应力超声检测技术规程》等标准规范，在具体检测时可按照相关要求进行操作。为对超声检测法进行规范，目前已有GB/T 32073-2015《无损检测 残余应力超声临界折射纵波检测方法》T/CMCA 4007-2019《钢结构残余应力超声检测技术规程》等标准规范，在具体检测时可按照相关要求进行操作。

 

耦合剂的选择是采用超声波法时较为关键的一个方面，过程中应使用适当的耦合剂，以保证在工作温度范围内探头与被检件表面具有稳定可靠的超声耦合，且不损伤检测对象表面。需要注意的是，在进行校准和检测过程中，或者其他相关环节，均应使用相同的耦合剂，并保持相同的耦合状态。

 

 

检测过程中应使探头与被检构件表面稳固密实结合，耦合接触力应保持恒定且与校准过程一致，也可采用手工、磁吸、真空吸盘或弹簧等方法产生压紧力。还应注意获取受检工件的温度，按照相关规定对温度变化带来的残余应力检测误差进行补偿。

 

结语

残余应力的存在会给工件内部结构产生一定的影响，除采用科学的方法加强对残余应力的检测外，也应积极采取相应措施，尽量减小或消除残余应力的负面影响。如：采用合理的设计方案和工艺结构，避免出现厚薄不匀、尖角结构等情况；采用合理的切削条件，以减小切削力和降低切削温度，减小残余应力。