應(yīng)力問題是許多工程項(xiàng)目或產(chǎn)品在設(shè)計(jì)、制造或施工以及運(yùn)營或使用期間都會(huì)遇到的棘手問題，也是關(guān)系到工程安全或產(chǎn)品安全的直接因素。
上幾期分別給大家分享了應(yīng)力仿真分析和應(yīng)力檢測方法，那這期給大家分享應(yīng)力消除的方法。
應(yīng)力消除是一個(gè)重要的過程，旨在降低或消除材料內(nèi)部的殘余應(yīng)力，以提高材料的性能和穩(wěn)定性。殘余應(yīng)力通常在材料經(jīng)過焊接、鑄造、鍛造或機(jī)械加工等工藝后產(chǎn)生，可能導(dǎo)致尺寸不穩(wěn)定、強(qiáng)度降低、疲勞壽命縮短，甚至引發(fā)裂紋和應(yīng)力腐蝕等問題。
應(yīng)力消除的方法有多種,有自然時(shí)效、熱時(shí)效、振動(dòng)時(shí)效、亞共振時(shí)效、冷加工拉伸、超聲沖擊等方法。每一種方法都有它們各自具備的特點(diǎn)。咱們逐個(gè)來解析一下：
自然時(shí)效：通過將材料置于自然環(huán)境中，利用氣候和溫度的變化使應(yīng)力逐漸松弛。這種方法耗時(shí)較長，通常需要一年以上，且應(yīng)力消除效果有限，僅能降低2 - 10%的殘余應(yīng)力。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中較少采用。
熱時(shí)效：利用熱處理中的退火技術(shù)，將工件加熱到500 - 650℃，保溫一段時(shí)間后緩慢冷卻。這種方法能有效消除大部分應(yīng)力，但可能導(dǎo)致材料表面氧化和性能下降。
振動(dòng)時(shí)效：它是一種高效的材料處理技術(shù)，具有顯著的優(yōu)點(diǎn)，使其在許多應(yīng)用中成為首選。通過對工件施加周期性外力，使其產(chǎn)生共振，從而均化、降低或消除殘余應(yīng)力，提高材料的強(qiáng)度和硬度，加強(qiáng)晶體的位向和空間取向，改善材料的耐磨性，使材料表面較深處的晶體組織均勻致密，降低摩擦和疲勞損傷。這種方法能耗低、時(shí)間短，適用于多種類型的工件，包括大中小型零部件。經(jīng)過振動(dòng)處理的構(gòu)件，殘余應(yīng)力可降低30% - 90%，提高使用強(qiáng)度和疲勞壽命，減少應(yīng)力腐蝕。
亞共振時(shí)效：通過亞共振來消除應(yīng)力，雖然環(huán)保但操作復(fù)雜，且只能消除小部分應(yīng)力，因此應(yīng)用范圍較窄。
冷加工拉伸：通過對材料進(jìn)行拉伸或滾壓，使其產(chǎn)生塑性變形，從而調(diào)整晶粒結(jié)構(gòu)，消除內(nèi)部應(yīng)力。這種方法能夠改善材料的性能和尺寸穩(wěn)定性，但它的缺點(diǎn)也很顯著，產(chǎn)品在拉伸過程中可能產(chǎn)生新的應(yīng)力，需要進(jìn)行額外的處理步驟來消除。如果控制不當(dāng)，可能導(dǎo)致材料過度變形，影響產(chǎn)品的尺寸精度和形狀穩(wěn)定性。再者它不適合所有類型的金屬材料，特別是那些對冷加工敏感的材料。超聲沖擊：它是一種很有效的應(yīng)力消除方法，廣泛應(yīng)用于金屬材料的加工和處理中。它通過高頻沖擊在金屬表面產(chǎn)生壓縮塑性變形，從而改變應(yīng)力場，引入有益的壓應(yīng)力，同時(shí)提升材料的強(qiáng)度和抗疲勞性能。超聲沖擊的工作原理是利用大功率能量推動(dòng)沖擊頭，以每秒約2萬次的頻率沖擊金屬表面。高頻、高效和聚焦的大能量使金屬表層產(chǎn)生壓縮塑性變形。這種變形改變了原有的應(yīng)力場，產(chǎn)生有益的壓應(yīng)力。沖擊過程中金屬表面溫度迅速升高又迅速冷卻，使表層金屬組織發(fā)生變化，強(qiáng)化沖擊部位?；趭W斯特瑞松效應(yīng)，通過超聲波振蕩使材料內(nèi)的應(yīng)力分布更加均勻。特別適用于焊接結(jié)構(gòu)的焊后處理，能夠有效消除焊接殘余應(yīng)力。提高焊接接頭的疲勞強(qiáng)度和壽命，包括普通接頭、承載接頭以及異種材料焊接接頭。降低應(yīng)力腐蝕開裂的可能性。增強(qiáng)材料的強(qiáng)度和抗脆裂性。因此，超聲沖擊被廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備、車輛工程、石油化工、航空航天、軍工、鐵路、汽車、橋梁、等等領(lǐng)域。
總而言之，選擇合適的應(yīng)力消除方法，能提高產(chǎn)品的質(zhì)量和可靠性，延長其使用壽命。選擇方式可以從材料特性、工件尺寸和形狀、生產(chǎn)要求，這幾個(gè)方面來選擇。因?yàn)椴煌牟牧蠈Σ煌膽?yīng)力消除方法有不同的響應(yīng)。例如，某些合金鋼在淬火后可能需要特定的回火處理來消除殘余應(yīng)力。大型結(jié)構(gòu)件可能更適合熱時(shí)效和振動(dòng)時(shí)效，而中小型零部件則可以選擇振動(dòng)時(shí)效或超聲沖擊。如果生產(chǎn)效率是首要考慮因素，振動(dòng)時(shí)效或超聲沖擊可能是更好的選擇，因?yàn)樗臅r(shí)短且設(shè)備投資少。
下面給大家展示部分應(yīng)力消除相關(guān)案例：
