Влияние остаточных напряжений от сварки на сварные конструкции

Thread Content

Последнее изменение в этом посте было сделано huanghong 30.12.2020 в 09:49. 1. Влияние остаточных напряжений от сварки на прочность конструкции под действием статических нагрузок. Для гладких элементов, при условии достаточной пластичности материала, пластическая деформация позволяет уравнить напряжения в поперечном сечении. Наличие остаточных напряжений не влияет на несущую способность элемента, то есть не влияет на его прочность под действием статических нагрузок； Если материал находится в крихком состоянии, является результатом термообработки или подвергается трехосному напряжению, то из-за невозможности пластической деформации напряжения в сечении конструкции не могут быть равномерными. Остаточные растягивающие напряжения суммируются с рабочими напряжениями, что приводит к локальному разрушению конструкции и, в конечном итоге, к полому разрушению всего элемента. У деталей с вырезами из-за сильной концентрации напряжений может возникать высокое внутреннее растягивающее напряжение. Когда на элемент конструкции из-за тех или иных причин (например, снижения температуры, увеличения скорости деформации или наличия толстостенных сечений) оказывается большая сила нагрузки, совместное действие растягивающих внутренних напряжений и сильной концентрации напряжений снижает прочность конструкции при статических нагрузках. В результате это приводит к хрупкому разрушению конструкции под действием нагрузок, значительно меньших по величине, чем порог пластичности. 2. Влияние остаточных напряжений от сварки на прочность при усталостном износе При наличии сжимающих остаточных напряжений на образце, особенно на его поверхности, может повышаться прочность при усталостном износе. Следовательно, для повышения усталостной прочности сварных конструкций необходимо не только снизить остаточные растягивающие напряжения, но и уменьшить факторы, приводящие к концентрации напряжений в местах соединений, такие как чрезмерная высота шва или слишком выступающие угловые швы. Кроме того, введение компрессионных остаточных напряжений в конструкции с помощью процедур таких как шаровая обработка, точечное нагревание и перегрузочная обработка может улучшить усталостную прочность сварных конструкций. 3. Влияние остаточных напряжений от сварки на точность механической обработки и стабильность размеров. Если в детали присутствуют остаточные напряжения от сварки, то при механической обработке, при удалении части материала, одновременно удаляются и остаточные напряжения, содержащиеся в этом материале. Это нарушает баланс напряжений в детали, что приводит к её деформации, а значит, снижается точность обработки. Кроме того, остаточные напряжения в сварных конструкциях со временем медленно изменяются и перераспределяются, что приводит к релаксации напряжений. В то же время размеры сварных деталей также изменяются, что влияет на точность и стабильность их размеров. У стабильных низкоуглеродистых сталей и аустенитных сталей процесс релаксации напряжений при комнатной температуре является слабым; поэтому внутренние напряжения практически не меняются со временем, а размеры сварных изделий остаются стабильными ； В некоторых высокотемпературных сплавах, стальных конструкционных материалах и высокопрочных алюминиевых сплавах из-за изменения нестабильной структуры со временем происходят значительные колебания внутренних напряжений. Самый эффективный способ обеспечения точности механической обработки — сначала устранить остаточные напряжения от сварки, а затем проводить механическую обработку. 4. Влияние остаточных напряжений от сварки на стабильность элементов, находящихся под давлением. Когда элемент находится под давлением, остаточные сжимающие напряжения в его поперечном сечении складываются с напряжениями, возникающими под действием внешних нагрузок. В результате в зоне, где действуют сжимающие напряжения, первой достигается предел прочности; в этой зоне напряжения больше не увеличиваются, что делает её неспособной выдерживать дальнейшие нагрузки. Это эквивалентно уменьшению эффективного поперечного сечения элемента, что приводит к снижению критического напряжения элемента и негативно влияет на его стабильность. Влияние внутренних напряжений в стержне на его устойчивость связано с формой поперечного сечения стержня и распределением остаточных напряжений. Если удастся сместить эффективное поперечное сечение подальше от нейтральной оси стержня, это может улучшить его устойчивость. 5. Влияние остаточных напряжений от сварки на коррозионно-напряженное разрушение. Коррозионно-напряженное разрушение — это явление, при котором под действием растягивающих напряжений и коррозионного средства возникают трещины. Суммарное действие остаточных напряжений после сварки и рабочих напряжений приводит к быстрому возникновению коррозионного разрушения вблизи шва. Поэтому для структур, подверженных коррозии, принятие соответствующих мер по устранению остаточных напряжений способствует повышению их устойчивости к коррозии. 6. Влияние остаточных напряжений от сварки на жесткость конструкции После сварки в зоне шва и в ее окрестностях возникают растягивающие напряжения, а в областях, удаленных от шва, — сжимающие напряжения; причем величина растягивающих напряжений может достигать предела пластичности материала. Следовательно, когда элемент находится в состоянии растяжения, этот участок не может выдерживать нагрузку; это приводит к снижению эффективной площади несения нагрузки, а значит, и к снижению жесткости. Для балок, склонных к изгибу и деформации, аналогичным образом снижается прочность; степень этого снижения зависит от размера и расположения зоны пластической деформации. Чем ближе сварной шов к нейтральной оси, тем меньше он влияет на прочность.