Залишкова напруга під час зварювання означає внутрішню напругу, що виникає в зварних конструкціях внаслідок обмеженої термічної деформації під час процесу зварювання. Зокрема, під час плавлення, затвердіння та усадки при охолодженні зварного металу через обмеження утворюється значне теплове напруження, що робить його основним компонентом залишкового напруження. Навпаки, внутрішня напруга, що виникає внаслідок змін металографічної структури під час процесу охолодження, є вторинним компонентом залишкової напруги. Чим більше жорсткість конструкції і чим вище ступінь обмеження, тим більше залишкова напруга, а отже, тим значніше її вплив на несучу здатність конструкції. У цій статті в основному обговорюється вплив залишкової напруги під час зварювання на конструкції.
Вплив залишкової напруги під час зварювання на конструкції або компоненти
Залишкова напруга під час зварювання - це початкова напруга, яка присутня на поперечному перерізі компонента ще до того, як на нього виникне будь-яке зовнішнє навантаження. Протягом терміну служби компонента ці залишкові напруги поєднуються з робочими напругами, викликаними зовнішніми навантаженнями, що призводить до вторинної деформації та перерозподілу залишкової напруги. Це не тільки знижує жорсткість і стабільність конструкції, але також, під впливом температури і навколишнього середовища, значно впливає на втомну міцність конструкції, опір крихкому руйнуванню, стійкість до корозійного розтріскування під напругою і розтріскування повзучості при високій температурі.
Вплив на структурну жорсткість
Коли комбіноване напруження від зовнішніх навантажень і залишкове напруження в певній зоні конструкції досягає межі текучості, матеріал у цій зоні зазнає локальної пластичної деформації та втратить здатність витримувати подальші навантаження, спричиняючи зменшення ефективного поперечного перерізу площа і, отже, жорсткість конструкції. Наприклад, у конструкціях із поздовжніми та поперечними зварними швами (такими як зварні шви ребристої пластини на двотаврових балках) або в конструкціях, які піддалися вирівнюванню полум’ям, у великих поперечних перерізах може виникати значна залишкова напруга розтягування. Хоча діапазон розподілу цих напруг по довжині компонента може бути невеликим, їхній вплив на жорсткість все одно може бути суттєвим. Особливо для зварних балок, які піддаються інтенсивному вирівнюванню полум'ям, може бути помітне зниження жорсткості під час навантаження та зменшення відскоку під час розвантаження, що не можна не помітити для конструкцій з високими вимогами до точності розмірів і стабільності.
Вплив на силу статичного навантаження
Для крихких матеріалів, які не можуть зазнати пластичної деформації, напруга всередині компонента не може бути рівномірно розподілена в міру збільшення зовнішньої сили. Піки напруги продовжуватимуть зростати, доки не досягнуть межі текучості матеріалу, викликаючи локалізоване руйнування та, зрештою, призводячи до руйнування всього компонента. Наявність залишкової напруги в крихких матеріалах знижує їхню несучу здатність, що призводить до руйнування. Для пластичних матеріалів наявність тривісного залишкового напруження розтягу в умовах низької температури може перешкоджати виникненню пластичної деформації, тим самим значно знижуючи несучу здатність компонента.
На закінчення слід сказати, що залишкова напруга під час зварювання має значний вплив на експлуатаційні характеристики конструкцій. Розумна конструкція та контроль процесу можуть зменшити залишкову напругу, тим самим підвищивши надійність і довговічність зварних конструкцій.
Час публікації: 01 серпня 2024 р
