2.6.Влияние остаточных сварочных напряжений на прочность сварных соединений и конструкций.

При сварке на отдельных участках сварного соединения, часто возникающие напряжения достигают величины предела текучести – неизменного напряжения, при котором образец, деформируясь, получает остаточное удлинение, т.е. в сварном изделии действуют напряжения, превышающие допускаемые еще до приложения к нему полезной нагрузки.

Прочность сварной конструкции может оказаться ниже расчетной, когда остаточные сварочные напряжения и рабочие напряжения будут одного направления – одного знака и просуммируются.

Резервом повышения прочности сварной конструкции являются рабочие и остаточные напряжения разного знака, которые в некоторых случаях могут взаимно компенсироваться.

При статической нагрузке остаточные сварочные напряжения не влияют на прочность сварных соединений и конструкций. Если напряжения от внешней нагрузки складываются с остаточными напряжениями, наступает местная пластическая деформация, в результате которой увеличения напряжений выше предела текучести не происходит. Местная текучесть обычно захватывает небольшие участки сварного соединения и не исчерпывает пластических свойств металла.

Металл утрачивает способность пластически деформироваться в следующих случаях:

- при наличии объемного поля остаточных сварочных напряжений (большая толщина, закрепление изделия по трем осям и т.д.);

- при наличии резкого концентратора напряжений (острый надрез, непровар, неплавный переход от одного сечения к другому и т.п.), расположенного поперек действия растягивающих остаточных и рабочих напряжений;

- при низкой температуре, которая может перевести металл в хрупкое состояние.

Металлы с низкими пластическими свойствами, легированные стали склоны к переходу в хрупкое состояние в значительно большей степени. В связи с этим сварные соединения и конструкции из высокопрочных сталей весьма чувствительны к наличию остаточных напряжений.

Остаточные напряжения увеличивают вероятность усталостного разрушения конструкции при наличии концентраторов, напряжений в виде острых надрезов, а также с понижением пластических свойств металла.

Хрупкое разрушение конструкции при наличии сварочных собственных напряжений растяжения имеет следующие способности:

– разрушение носит внезапный характер и не имеет следов предшествующей ему пластической деформации;

– хрупкая трещина, возникая в местах концентрации напряжений, пересекает большую часть или все сечение;

– разрушение наступает при незначительных рабочих напряжениях.

В этом случае поле остаточных сварочных напряжений играет роль источника энергии для развития возникающей хрупкой трещины.

В том случае, когда возникают не растягивающие, а сжимающие остаточные сварочные напряжения значительной величины, они могут вызывать потерю устойчивости элементов или конструкции (резервуаров, трубопроводов и др.) в целом, то есть стать причиной значительной деформации или разрушения конструкции.

2.7.Влияние остаточных деформаций на качество сварных конструкций.

Остаточную деформацию в результате сварочных напряжений могут иметь детали, узлы и крупные конструкции. Эти деформации являются причиной таких негативных явлений, как:

– затрудняют сборку конструкции или монтаж ее на фундаменте без подгонки, правки, подрубки. Это усложняет технологию работ и увеличивает их трудоемкость.

– очень опасны искажения геометрической формы элементов и конструкции в целом, так как в процессе их правки и монтажа создаются дополнительные неучтенные напряжения в несущих элементах, что может привести к разрушению конструкции даже при не-больших эксплуатационных нагрузках.

– искажение геометрической формы сварных рабочих органов машин (например, шнек дозатора, транспортера или пресса), трубопроводов существенно ухудшает эксплуатационные характеристики этих изделий.

– назначение повышенных припусков на механическую обработку из-за деформации деталей или узлов, предназначенных для механической обработки с целью придания им более высокой точности размеров и формы;

– ухудшают внешний вид изделий. Это в основном относится к листовым обшивкам кабин автомобилей, комбайнов, вагонов.

Прогнозирование возникновения вероятных напряжений и полей их распределения в сварных конструкциях позволяет уже на стадии проектирования этих конструкций и разработки технологии их изготовления уменьшить или почти исключить возникновение сварочных напряжений и вызываемые ими деформации. Аналитические методы определения напряжений, ввиду сложности решения этих задач, большого распространения не получили. Поэтому чаща всего используют экспериментальные методы определения остаточных напряжений: магнитный, ультразвуковой и механический.