Остаточные сварочные напряжения и причины их возникновения. Температурный цикл сварки как источник возникновения остаточных напряжений, страница 22

Значения  величин, входящих в приведенные формулы, следующее:

σ`_кр—критические напряжения для зон остаточных напряжений растяжения;

σ_кр — критическое напряжение для стержня свободного от остаточных напряжений;

Е— модуль упругости материала стержня;

J—момент инерции сечения стержня;

l-длина стержня;

F — площадь поперечного сечения стержня;

σ’_р — напряжения от внешней нагрузки;

σ₁ — остаточные напряжения растяжения в стержне;

ƒ — площадь зон остаточных напряжений растяжения;

σ_т — напряжения, соответствующие пределу текучести материала стержня;

Ркр— критическая нагрузка на стержень;

J`— момент инерции зон с остаточными напряжениями растяжения;

Р'_кр —дополнительная критическая нагрузка;

Р — общая критическая нагрузка на стержень.

В результате расчетов по этой методике и экспериментальной проверки было установлено хорошее их совпадение. Отмечено, что остаточные напряжения растяжения в зоне сварных швов повышают устойчивость стержней независимо от их жесткости. Эффективность такого повышения возрастает по мере удаления зон растягивающих остаточных напряжений от нейтральной оси сечения стержня и увеличения размеров этих зон. Остаточные сжимающие напряжения снижают устойчивость стержней. Эффективность этого снижения уменьшается по мере повышения жесткости стержней.

Выводы. Остаточные сварочные напряжения оказывают различное влияние на прочность сварных соединений и конструкций в зависимости от вида нагружения, а также от величины и характера распределения этих напряжений. При статическом нагружении остаточные напряжения не оказывают существенного влияния на прочность конструкций лишь в тех случаях, когда металл сохраняет способность пластически деформироваться. В усталостной прочности они играют значительную роль. Особенно сильно проявляется действие остаточных напряжений в условиях, способствующих возникновению хрупкого разрушения сварного соединения. Остаточные напряжения также влияют на устойчивость сжатых стержней.

МЕТОДЫ  СНЯТИЯ  ОСТАТОЧНЫХ  НАПРЯЖЕНИЙ

Разрушения сварных соединений и конструкций при наличии в них остаточных напряжений в большинстве случаев происходят хрупко.

Разнообразные исследования и опыт эксплуатации сварных конструкций свидетельствуют о том, что их хрупкое разрушение происходит в результате неблагоприятного сочетания трех следующих факторов:

1) концентрации напряжений,

2) остаточных напряжений и

3) температуры.

Таким образом, чтобы избежать хрупкого разрушения сварного соединения, необходимо воздействовать хотя бы на один из этих трех факторов. Наиболее эффективным является воздействие именно па остаточные сварочные напряжения, так как другие факторы в меньшей степени поддаются изменению. Изменить рабочую температуру какого-нибудь процесса или окружающую температуру при эксплуатации какой-нибудь сварной конструкции не всегда возможно. Правда, здесь можно применять стали, менее склонные при данной температуре к переходу в хрупкое состояние. Концентрация напряжений, вызванная конструкционными особенностями соединения и конструкции может быть в большинстве случаев уменьшена при помощи замены другой конструкцией. Но вряд ли можно полностью избежать концентрации напряжений, связанной с дефектами сварного шва. Воздействие на остаточные сварочные напряжения может проводиться в различных направлениях, в зависимости от условий работы и назначения того или иного сварного соединения. Поэтому применяют разнообразные методы, начиная от перераспределения остаточных напряжений и кончая их полным устранением.

КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ

Задачами этой группы мероприятий являются: получение наиболее равномерного распределения по сечению детали напряжений от рабочей нагрузки; устранение всевозможных концентратов напряжений (как активных, так и остаточных); получение наиболее благоприятного распределения по сечению детали остаточных сварочных напряжений.