Остаточное сварочное напряжение — это внутреннее напряжение, возникающее в сварных конструкциях из-за ограниченной термической деформации в процессе сварки. В частности, во время плавления, затвердевания и охлаждающей усадки металла сварного шва из-за ограничений возникает значительное термическое напряжение, что делает его основным компонентом остаточного напряжения. Напротив, внутренние напряжения, возникающие в результате изменения металлографической структуры в процессе охлаждения, являются вторичной составляющей остаточных напряжений. Чем больше жесткость конструкции и чем выше степень связанности, тем больше остаточные напряжения, а следовательно, тем значительнее его влияние на несущую способность конструкции. В данной статье в основном рассматривается влияние сварочных остаточных напряжений на конструкции.
Влияние остаточных сварочных напряжений на конструкции или детали
Остаточное сварочное напряжение — это начальное напряжение, присутствующее в поперечном сечении детали еще до того, как она подвергнется какой-либо внешней нагрузке. В течение срока службы детали эти остаточные напряжения сочетаются с рабочими напряжениями, вызванными внешними нагрузками, что приводит к вторичной деформации и перераспределению остаточных напряжений. Это не только снижает жесткость и устойчивость конструкции, но и при совместном воздействии температуры и окружающей среды существенно влияет на усталостную прочность конструкции, сопротивление хрупкому разрушению, стойкость к коррозионному растрескиванию под напряжением и высокотемпературному растрескиванию при ползучести.
Влияние на структурную жесткость
Когда совокупное напряжение от внешних нагрузок и остаточное напряжение в определенной области конструкции достигает предела текучести, материал в этой области подвергается локализованной пластической деформации и теряет способность выдерживать дальнейшие нагрузки, что приводит к уменьшению эффективного поперечного сечения. площадь и, следовательно, жесткость конструкции. Например, в конструкциях с продольными и поперечными сварными швами (такими как сварные швы ребер на двутавровых балках) или конструкциях, прошедших газовую правку, в больших поперечных сечениях могут возникать значительные остаточные растягивающие напряжения. Хотя диапазон распределения этих напряжений по длине детали может быть невелик, их влияние на жесткость все же может быть существенным. В частности, у сварных балок, подвергающихся обширной правке пламенем, может наблюдаться заметное снижение жесткости при нагружении и уменьшение отскока при разгрузке, что нельзя не учитывать для конструкций с высокими требованиями к размерной точности и устойчивости.
Влияние на прочность статической нагрузки
Для хрупких материалов, которые не могут подвергаться пластической деформации, напряжение внутри детали не может распределяться равномерно по мере увеличения внешней силы. Пики напряжений будут продолжать расти, пока не достигнут предела текучести материала, вызывая локальный отказ и в конечном итоге приводя к разрушению всего компонента. Наличие остаточных напряжений в хрупких материалах снижает их несущую способность, что приводит к разрушению. Для пластичных материалов наличие остаточных напряжений трехосного растяжения в низкотемпературных средах может препятствовать возникновению пластической деформации, тем самым существенно снижая несущую способность детали.
В заключение следует отметить, что остаточные сварочные напряжения оказывают существенное влияние на эксплуатационные характеристики конструкций. Разумное проектирование и контроль процесса позволяют снизить остаточные напряжения, тем самым повышая надежность и долговечность сварных конструкций.
Время публикации: 01 августа 2024 г.
