并改善材料力学性能|残余应力基础理论及应用

过载处理属于力学法消除残余应力的处理方式，通过明显改善或者降低材料的力学性能来调控残余应力。过载消除残余应力的效果取决于过载应力的水平，当过载应力达到材料屈服点时，残余应力将被全部消除。过载处理后的剩余残余应力分布相对较为合理。其消除残余应力的机理如图5-10所示。图5-10a为原始焊接残余应力分布，图5-10b为加载时的外载荷与残余应力的叠加结果，图5-10c为卸载后的剩余残余应力分布。过载后剩余的残余应力为屈服强度与过载应力之差。

图5-10　过载消除残余应力机理［1］

在降低残余应力过程中，如果不方便采用热处理方法，过载处理是最便利的方法。对于不锈钢而言，过载处理消除残余应力可以和应变强化同时进行。已经有部分学者对应变强化过程中焊接残余应力的降低做了研究，例如采用二维模型对过载拉伸消除焊接残余应力的过程进行仿真，对平板构件焊接过程中拉伸与焊后拉伸这两种情况应力的变化进行了数值和实验研究；有学者研究了过载拉伸消除铝板冷轧过程中产生的残余应力的影响。

过载处理在压力容器上最容易实行。与整体退火处理相比较，过载处理的方式具有以下几个优势：

（1）过载处理之后，构件残余应力分布相对较为合理。针对容器的入孔处、接管等高应力区域，残余应力被消除的效果最优，甚至在此类区域可以产生一定量的残余压应力。过载处理之后，剩余残余应力均处于具有较低的工作应力区域之中。过载后的实际工作应力可以表示为下式：

式中，Kt为应力集中系数；Rop为工作应力；n为过载系数；Rr为残余应力。

这样就可以保证过载处理后的容器构件在工作压力下，全部的区域均处于弹性状态工作，且能够低于屈服强度。(www.xing528.com)

（2）过载处理可以在一定程度上降低容器的圆角误差、角变形和错边引起的附加应力，保证容器构件整体的尺寸精度。

图5-11　低温下过载处理对构件断裂的影响［1］

（3）过载处理可以有效提高容器在低温环境下抗脆性断裂的能力。图5-11所示为过载处理对于构件低温断裂的影响。如果在T0温度直接进行加载，依据残存缺陷的尺寸大小和考察残余应力的数值，过载应力超过止裂线CAT的A点位置就会发生断裂。若在TL温度下进行过载处理，加载到B点，卸载之后再于T0温度下加载，破坏将会发生在F点处，F点的应力值不低于B点的应力值。由此可以说，过载降低了残存缺陷的威胁性。

（4）过载处理能够提高残存缺陷发生疲劳和应力腐蚀扩展的门槛应力值。

（5）过载处理不会明显地影响低合金高强度钢以及不锈钢的性能。

（6）过载处理操作施工简便，价格便宜。