Методы изучения сварочных напряжений.

Целью исследования является разработка методики определения остаточных напряжений, пригодной для контроля напряженного состояния сварных конструкций в нестационарных условиях с минимальным воздействием на исследуемый объект.

Важнейшие результаты, полученные в диссертации и составляющие предмет защиты, следующие:

Выявленные закономерности влияния основных механических характеристик на диаграмму вдавливания ненапряженного материала, выраженную в виде зависимости максимальных нормальных перемещений поверхности от усилия вдавливания в методе измерения остаточных сварочных напряжений.

Математическое описание профиля нормальных перемещений в радиальном сечении напряженной поверхности в окрестности вдавливания индентора при измерении ОСН методом пенетрации.

Оптико-электронная система записи-восстановления интерферограмм, предназначенная для регистрации малых деформационных смещений поверхности, оптимизированная для метода пенетрации.

4. Разработанная методика определения остаточных сварочных напряжений методом пенетрации.

Достоверность полученных результатов подтверждена экспериментальными исследованиями, а также реализацией предложенных методик на практике.

По теме диссертации опубликовано 22 печатные работы, в том числе 3 в международных изданиях, 3 в центральной печати, 2 — в изданиях, выпущенных под грифом Российской академии естественных наук. Материалы работы докладывались на международной выставке «Машиностроение. Прогрессивные технологии» (1997 г. Челябинск), межвузовской конференции «Актуальные проблемы преподавания в современных технических университетах» (1997 г. Уфа), международной конференции «Машиностроение-99» (1999 г. Челябинск), научно-технических конференциях сварщиков уральского региона «Сварка Урала — в XXI век» (1999 г. Екатеринбург), «Сварка-контроль. Итоги XX века» (2000 г. Челябинск), «Сварка Урала-2002» (2002 г. Курган).

 

34.Случаи вредного влияния собственных напряжений.

Влияние собственных напряжений и пластических де­формаций. Остаточные напряжения и деформации могут влиять на получение и сохранение точных размеров и форм сварных конструкций, а также на их прочность и

работоспособность. Ниже перечислены наиболее типичные

случаи.

1. Одним из видов отрицательного влияния сварочных напряжений является изменение размеров и форм сварных деталей. Чаще всего это изменение наблюдают в процессе механической обработки детален с неснятыми после сварки остаточными напряжениями. Shri искажения происходят либо непосредственно во время обработки, либо в момент

Приложение вибрационных нагрузок также сопровож­дается суммированием остаточных и дополнительных на­пряжений с протеканием пластических деформаций. Вибрации може! вызывать некоторое понижение предела текучести металла и усиливать искажение размеров по сравнению со статическими нагрузками при равном уровне приложенных сил.

Растягивающие остаточные напряжения снижают вибрационную прочность сварных конструкций. Если они действуют в зонах, где есть концентрация напряжений и неоднородность механических свойств, то там в первую очередь возникают разрушения от усталости. Степень отрицательного влияния растягивающих напряжений за­висит от уровня эксплуатационных напряжений и коэф­фициента концентрации напряжений. Чем выше рабочие напряжения и чем выше концентрация напряжений, гем меньше доля влияния растягивающих напряжений, и, наоборот, при невысоких рабочих напряжениях и малых концентрациях напряжений относительное отрицательное влияние растягивающих остаточных напряжений обнару­живается сильнее. Объясняется это тем, что остаточные напряжения взаимно уравновешены, и если произошла пластическая деформация, в результате которой они по­низились, то собственные напряжения самопроизвольно не восстанавливаются. Поэтому при высоких рабочих напряжениях и высокой концентрации напряжений на первых же циклах нагрузки возникают пластические де­формации от суммы рабочих и остаточных напряжений. Кроме того, значительная концентрация напряжений по своему влиянию превалирует над собственными напряже­ниями. При небольшой концентрации напряжений оста­точные растягивающие напряжения сохраняют свой высокий уровень в процессе эксплуатации и увеличивают средние напряжения цикла, тем самым понижая выносливость.

Остаточные растягивающие напряжения могут по­нижать статическую прочность сварных соединений. Сте­пень влияния зависит от свойств металла, его деформаци­онной способности, уровня концентрации напряжений, предварительной пластической деформации металла. Если металл при рассматриваемой температуре мало чувстви­телен к концентрации напряжений и не испытал большой предварительной пластической деформации, то остаточные растягивающие напряжения не влияют на статическую прочность. В противном случае даже сами собственные напряжения могут вызвать самопроизвольные разрушения. Статическая прочность высокопрочных сталей с невысоким отношением критического коэффициента интенсивности на­пряжения к пределу текучести (К, е/о7) при наличии на­пряжений, близких к от, и острых концентраторов может существенно снижаться. Стали невысокой прочности, на­ходясь в области температур вязкого состояния металла, практически нечувствительны к остаточным напряжениям. Исключение составляют случаи, когда в процессе сварки возникают очень большие пластические деформации, на­пример в корне многослойного шва значительной толщины.

Сжимающие остаточные напряжения понижают мест­ную устойчивость тонкостенных элементов сварных кон­струкций. При суммировании рабочих и остаточных на­пряжений потеря устойчивости может возникнуть при нагрузках меньше расчетных, а в некоторых случаях — даже от остаточных напряжений.

5. Коррозионное растрескивание, а иногда и процессы коррозии усиливаются под влиянием остаточных растяги­вающих напряжений как первого, так и более высоких родов.

6. Как будет рассмотрено ниже в гл. 7, остаточные растягивающие напряжения являются необходимым ус­ловием появления так называемых холодных трещин в закаливающихся сталях. Они возникают непосредственно после сварки в процессе вылеживания сварных конст­рукций.