Литейная усадка, связанная с уменьшением объема металла при остывании и кристаллизации сварочной ванны, создает сжимающие напряжения в продольном и поперечном направлениях. Влияние фазовых превращений и структурных изменений на внутренние напряжения особенно проявляется при сварке высокопрочных закаливающихся сплавов.
В зависимости от объемов, в которых уравновешиваются внутренние напряжения, различают напряжения 1-го рода – в пределах макрообъемов; 2-го рода – в пределах одного или нескольких зерен; 3-го рода – в пределах ультрамикроскопических объемов (в кристаллической решетке). Напряжения 3-го рода отражают искажения ячеек решетки.
Напряжения и деформации можно разделить на временные (вызванные неравномерным нагревом и охлаждением в процессе сварки) и остаточные (сохранившиеся после полного остывания изделия). При разной толщине свариваемого металла наблюдаются поля остаточных напряжений двух типов: двухосное (на металле малых и средних толщин) и трехосное (объемное), характерное для металла больших толщин.
По направлению действия остаточные напряжения разделяются на продольные (направленные параллельно оси шва) и поперечные (перпендикулярно к оси шва). Для разных слоев металла сварного соединения они различаются как по величине, так и по знаку (растягивающие и сжимающие). Деформации сварной конструкции проявляются в виде продольного или поперечного (по отношению к оси шва) укорочения, а также изгиба, связанного с образованием угловых деформации, что, в свою очередь, приводит к потере устойчивости.
В ряде случаев, особенно при сварке высокопрочных или трудно-свариваемых материалов в однородном или разнородном сочетании, сварочные напряжения оказывают отрицательное влияние на конечные свойства соединений. Они так же, как изменение структуры и потеря пластичности металла шва и ЗТВ, приводят к возникновению трещин, а при наличии и других неблагоприятных факторов (низкие температуры, концентраторы напряжений) - к хрупкому разрушению конструкции. Дефекты швов (поры, шлаковые включения и др.) служат концентраторами напряжений. Они усиливают отрицательное влияние остаточных напряжений, особенно при знакопеременных нагрузках. Остаточные напряжения могут понизить жесткость конструкции, а также оказать существенное влияние на замедленное разрушение даже при отсутствии рабочих нагрузок (например, при гидридных превращениях в сварных соединениях из сплавов на основе титана и циркония). При наличии остаточных напряжений может понизиться коррозионная стойкость сварных соединений /21/. Поэтому оценке напряженного состояния сварных изделий ответственного назначения из цветных металлов и особенно мерам по снижению или даже полному устранению остаточных напряжений в сварных соединениях при обеспечении работоспособности изделий в разнообразных условиях эксплуатации уделяется большое внимание. Остаточные напряжения в сварных соединениях определяют экспериментально или расчетами /1, 2, 26/.
Экспериментальные механические методы основаны на разрезке металла, в результате чего он освобождается от остаточных напряжений. По степени деформации металла, возникающей после разрезки, с учетом известных положений теории упругости определяют остаточные напряжения. На этом принципе построены разнообразные методики измерения остаточных напряжений. К физическим методам относится просвечивание металла рентгеновскими лучами. С помощью этого метода оценивают степень искажения кристаллической решетки. По изменениям расстояний между атомными плоскостями определяют остаточные напряжения 3-го рода. В настоящее время все шире применяют методы моделирования, например поляризационно-оптический метод. Он основан на определении напряженного состояния на прозрачных моделях из оптически чувствительных материалов (например, поликарбонат марки «Макролон-300» /26/.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.