Zbytkové napětí při svařování

Zbytkové napětí při svařování se týká vnitřního napětí generovaného ve svařovaných konstrukcích v důsledku omezené tepelné deformace během procesu svařování. Zejména během tavení, tuhnutí a smršťování ochlazováním svarového kovu vzniká v důsledku omezení značné tepelné namáhání, což z něj činí primární složku zbytkového napětí. Naproti tomu vnitřní pnutí vznikající změnami v metalografické struktuře během procesu ochlazování je sekundární složkou zbytkového pnutí. Čím větší je tuhost konstrukce a čím vyšší je míra omezení, tím větší je zbytkové napětí a tím významnější je jeho vliv na únosnost konstrukce. Tento článek pojednává především o vlivu zbytkového napětí při svařování na konstrukce.

Vliv zbytkového napětí při svařování na konstrukce nebo součásti

Zbytkové napětí při svařování je počáteční napětí přítomné na průřezu součásti ještě předtím, než přenese jakékoli vnější zatížení. Během životnosti součásti se tato zbytková napětí kombinují s pracovními napětími způsobenými vnějšími zatíženími, což vede k sekundární deformaci a redistribuci zbytkového napětí. To nejen snižuje tuhost a stabilitu konstrukce, ale také při kombinovaných účincích teploty a prostředí významně ovlivňuje únavovou pevnost konstrukce, odolnost proti křehkému lomu, odolnost proti koroznímu praskání pod napětím a praskání při tečení při vysokých teplotách.

Vliv na strukturální tuhost

Když kombinované napětí od vnějšího zatížení a zbytkového napětí v určité oblasti konstrukce dosáhne meze kluzu, materiál v této oblasti podstoupí lokalizovanou plastickou deformaci a ztratí svou schopnost nést další zatížení, což způsobí snížení efektivního průřezu. plocha a následně tuhost konstrukce. Například u konstrukcí s podélnými a příčnými svary (jako jsou svary žebrových plechů na I-nosnících) nebo u konstrukcí, které prošly rovnáním plamenem, může ve větších průřezech vznikat značné zbytkové tahové napětí. Ačkoli rozsah rozložení těchto napětí po délce součásti nemusí být rozsáhlý, jejich vliv na tuhost může být stále značný. Zejména u svařovaných nosníků vystavených rozsáhlému rovnání plamenem může docházet ke znatelnému poklesu tuhosti při zatěžování a snížení odskoku při odlehčení, což nelze přehlédnout u konstrukcí s vysokými požadavky na rozměrovou přesnost a stabilitu.

Vliv na pevnost statického zatížení

U křehkých materiálů, které nemohou podléhat plastické deformaci, nemůže být napětí uvnitř součásti rovnoměrně rozloženo s rostoucí vnější silou. Špičky napětí budou dále narůstat, dokud nedosáhnou meze průtažnosti materiálu, což způsobí lokalizované selhání a nakonec povede k prasknutí celé součásti. Přítomnost zbytkového napětí v křehkých materiálech snižuje jejich únosnost, což vede k lomům. U tvárných materiálů může existence trojosého tahového zbytkového napětí v nízkoteplotním prostředí bránit vzniku plastické deformace, čímž se výrazně snižuje únosnost součásti.

Závěrem lze říci, že zbytkové napětí při svařování má významný vliv na výkonnost konstrukcí. Rozumná konstrukce a řízení procesu mohou snížit zbytkové napětí, a tím zvýšit spolehlivost a životnost svařovaných konstrukcí.