ГЛАВА III
ФАКТОРИ, ЩО ВПЛИВАЮТЬ НА ОПІР УТОМИ зварних з'єднань
У попередньому розділі були висвітлені основні загальні закономірності, що стосуються опору втоми металевих матеріалів і конструктивних елементів. Ці закономірності відносяться, зокрема, і до зварних з'єднань. Нижче перераховані особливо важливі специфічні для зварних з'єднань фактори, що впливають на опір втоми.
ВПЛИВ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУГ
Одним з найсильніших чинників, що впливають на опір втоми з'єднань, є залишковий напружений поле в зоні шва. Внаслідок різкого температурного перепаду, структурних змін та пружно-пластичного деформування в зонах зварних з'єднань виникають значні залишкові напруги, величина яких може досягати і навіть істотно перевищувати межу плинності вихідного матеріалу.
Роль залишкових напружень в опорі втоми зварних з'єднань різко збільшується із зростанням концентрації напружень. У цих випадках залишкові напруги можуть змінювати величину меж витривалості в кілька разів як в сторону підвищення (при сприятливих стискають залишкових напругах), так і в бік зниження (при несприятливих залишкових напругах). Довговічність зварних з'єднань може змінюватися при цьому в десятки разів.
Така висока ефективність залишкових напруг для зварних з'єднань з концентраціями напруг пояснюється наступними причинами: а) залишкові напруги, подібно напруженням від зовнішніх силових впливів, можуть концентруватися близько різних уступів, пор, надрізів та ін .; б) концентрація залишкових напруг може створювати місцевий наклеп металу (в небезпечних зонах концентраторів); наклепаного метал більшою мірою реагує на залишкові напруги, ніж більш м'який і пластичний ненаклепаного метал; в) зняття залишкових напруг при навантаженні деталей з концентраторами може бути більш утруднено, ніж для деталей без концентраторів напружень.
Остання обставина є особливо істотним. У багатьох випадках залишкові напруги в зонах концентраторів зберігаються без змін навіть після навантаження деталі до меж, близьких до межі витривалості або перевищують його. При виконанні зварювальних швів з невеликими концентраторами роль залишкових напруг буде також порівняно невеликий. Якщо деталь з доброякісним швом піддається механічній обробці, то втомна міцність деталі буде визначатися в основному якістю наплавленого на шов металу і перехідної зони, а вплив залишкових напружень при цьому буде тим менше, чим м'якше і пластичнее зварюваний і наплавлений метал. При недостатньо якісної зварюванні шкідливі концентрації напружень можуть виникати в зонах різноманітних дефектів зварювання як виходять на поверхню, так і розташованих в глибині шва.
Прояв залишкових напружень в швах буде сильніше при зварюванні товстих перетинів і слабкіше при зварюванні тонких перетинів. Це пояснюється величиною і об'ємністю залишкових напружень.
Як правило, залишкові напруги в зоні зварного шва є дво- або тривісними з різким градієнтом і складним характером розподілу за окремими напрямами. Механічні властивості металу в зоні шва також неоднорідні, тому і вплив залишкових напружень на опір втоми буде різним для різних ділянок зони шва. Ці обставини дуже ускладнюють застосування розрахункових методів для кількісного визначення впливу залишкових напружень на опір втоми зварних з'єднань.
Тільки схематично, виходячи із загальних закономірностей впливу середніх (постійних) напружень циклу на граничні амплітуди (див. Гл. II), можна вважати, що залишкові напруги, подібно середнім напруженням, здатні змінювати граничні амплітуди за такою залежністю: # 963; а = # 963; -1 - # 968; # 963; # 963; 0. де # 963; а - гранична амплітуда для зварного з'єднання з залишковими напруженнями # 963; 0; # 963; -1 - межа витривалості з'єднання без залишкових напруг (при симетричному циклі осьового розтягування або вигину); # 968; # 963; - коефіцієнт впливу асиметрії циклу (рівний для конструкційних сталей 0,1-0,4).
Застосування цієї формули обмежується (виходячи з діаграми граничних напружень при асиметричних циклах) відповідними значеннями меж текучості при розтягуванні і стисненні (див. Гл. II, рис. 8).
Методи усунення або зменшення несприятливого прояви залишкових напружень в опорі втоми зварних з'єднань викладені в гл. XIV. Там же наводяться і методи підвищення втомної міцності за рахунок наведення сприятливих стискають залишкових напружень.
Вивченню ролі залишкових напружень в зварних з'єднаннях присвячено значну кількість як зарубіжних, так і вітчизняних досліджень [81, 82, 146, 169, 187]. Особливо великий внесок у вивчення цієї проблеми було внесено працями радянських дослідників (ІЕЗ ім. Патона, МВТУ ім. Баумана, ЦНИИТМАШ і ін.).
Заробіть на своїх знаннях. Відповідайте на питання і отримуйте за це гроші!