焊缝残余应力的产生及影响

（1）焊接残余应力 焊接残余应力是在焊缝及其附近由焊接的热应力、组织应力和约束应力共同作用而产生的。一般来说，在焊缝中心平行于焊缝方向上有较大的残余拉应力（大到接近于σ_s），而有约束应力时，垂直焊缝方向上残余拉应力增大，残余应力分布如图2-42所示。

图2-42 焊缝在约束情况下的残余应力

（2）热处理残余应力 热处理残余应力也是由热应力和组织应力叠加的结果。热应力是由于不同温度处的膨胀量不同而形成的，它在冷却初期和末期正好相反（图2-43）；而组织应力是由于不同相的比容不同而引起的，在冷却过程中，表面发生相变与其后的心部发生相变时的组织应力正相反（图2-44）。零件在整体淬火后的残余应力（热应力和组织应力共同作用的结果），如图2-45所示。当冷却速度加大或工件直径加大时，虽然表面残余压应力增大，但同时内部残余拉应力也增大，这易造成开裂事故。

（3）表面化学处理引起的残余应力 渗碳和氮化，由于心部和渗层的比容不同，渗层中由于碳和氮等的含量高，故淬火时比容变化大，所以组织应力是表面为残余压应力，再加上热应力也是表面压应力，叠加结果是表面残余压应力更大，如图2-46、图2-47所示。

图2-43 热应力分布示意图

图2-44 组织应力分布示意图

图2-45 锻钢轧辊淬火残余应力（辊径405mm，中心孔径75mm）

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图2-46 渗碳淬火的残余应力分布（D表示有效渗碳层深度）

图2-47 氮化的残余应力分布

（4）切削加工残余应力 切削加工残余应力与切削工具、切削工艺参数、被切削材料及冷却条件有关。加工表面附近有较大的残余拉（或压）应力，从表面向里逐渐减小，并趋于零。磨削时一般表面为残余拉应力。但对有些材料、某些工艺参数，可能为表面残余压应力。一般当砂轮太硬或钝了，进给量太大，冷却条件又比较差时，往往产生很大表面拉应力。图2-48及图2-49分别为铣削和磨削加工时的残余应力分布的情况。

图2-48 铣加工表面残余应力

1—端面铣（低速） 2—滚铣（高速） 3—侧刃铣（低速）

图2-49 砂轮太硬时的磨削应力

其他如电镀镍和铬等高熔点金属时，表面有残余拉应力，而电镀锡和镉等熔点较低的金属时，表面有残余压应力，电火花加工可产生很大表面拉应力，冷校直可产生局部残余拉应力。