Jakie są naprężenia resztkowe?
Naprężenia resztkowe to naprężenia w materiale, które są wprowadzane podczas fazy przetwarzania, ale wytrzymują po zakończeniu produktu, zamiast ustępować po usunięciu źródła naprężenia. Można by pomyśleć o naprężeniach szczątkowych jako naprężeniach pozostawionych w produkowanych komponentach. Czasami naprężenia te są celowo wprowadzane w celu utrzymania części w stanie naprężenia w celu przedłużenia żywotności i zapewnienia innych właściwości. W innych przypadkach naprężenia szczątkowe są wprowadzane przypadkowo i nie są pożądane.
Przetwarzanie materiałów takich jak metale i tworzywa sztuczne często wymaga ciepła, co może przyczynić się do rozwoju naprężeń szczątkowych. Na przykład naprężenie resztkowe podczas spawania stanowi problem w przypadku niektórych elementów metalowych. Podobnie naprężenia można tworzyć za pomocą tworzyw sztucznych, które są ogrzewane i formowane wtryskowo. Inne procesy, takie jak walcowanie, mogą powodować podobne naprężenia w materiałach, które są używane do kształtowania lub innej pracy.
Gdy naprężenie resztkowe nie jest pożądane i dokładnie kontrolowane, może to stanowić problem. Komponenty mogą ulec awarii w wyniku naprężenia szczątkowego, które nie jest kontrolowane; na przykład śruba może wybuchnąć bez żadnego nacisku. Naprężenia szczątkowe są czasem obwiniane za zdarzenia takie jak awarie mostów, gdy nie można ustalić innych przyczyn. Naprężenia te są trudne do zmierzenia, szczególnie po tym, jak uszkodzenie elementu uszkodziło część, co utrudnia badanie i trudno jest zidentyfikować przyczynę pękania i innych problemów.
W innych przypadkach naprężenia szczątkowe są rzeczywiście potrzebne. Klasycznym przykładem jest stres związany z wbijaniem gwoździa. Kiedy gwóźdź zostaje wbity w drewno, naprężenia szczątkowe powstałe w wyniku tego procesu są tym, co utrzymuje gwóźdź zamiast pozwolić mu wyskoczyć. Podobnie, ostrza i inne elementy metalowe są często wykonane z naprężeniami szczątkowymi, aby ograniczyć pękanie i zmęczenie. W takich przypadkach przeprowadzane są staranne kalibracje, aby określić pożądany poziom naprężenia i kontrolować go podczas produkcji, tak aby komponenty były wytwarzane o określonych właściwościach.
Dostępny jest sprzęt, który można wykorzystać do pomiaru naprężeń szczątkowych. Pomiar takiego naprężenia jest trudny, ponieważ większość urządzeń jest zaprojektowana do pomiaru ciągłego naprężenia, takiego jak napięcie wytwarzane przy użyciu narzędzia. Naprężenie, które jest zasadniczo zablokowane w elemencie, jest trudniejsze do zmierzenia. Firmy produkujące sprzęt, który może być wykorzystywany do pomiaru naprężeń szczątkowych, mogą również oferować usługi testowania materiałów, które pozwalają firmom na wysyłanie komponentów do testów zamiast przeprowadzania własnych testów.