1.2.1 Собственные напряжения и пластические деформации

Остаточные напряжения и деформации могут влиять на получение и сохранение точных размеров и форм сварных конструкций, а также на их прочность и работоспособность.

1. Перераспределение сил и напряжений в деталях в процессе механической обработки вызывает изменение их размеров и форм.

2. С течением времени происходит небольшая релаксация напряжений и перемещения нестабильных составляющих структуры металла, если они имеются. Возникают дополнительные перемещения.

3. В процессе изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации сварных деталей с остаточными напряжениями собственные напряжения складываются с напряжениями от различных внешних нагрузок. Из-за этого происходят пластические деформации, которые дополнительно возрастают при неблагоприятных температурных условиях и изменяют размеры деталей.

4. 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.

5. Остаточные растягивающие напряжения могут понижать статистическую 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.

6. 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.

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

8. Остаточные растягивающие напряжения являются необходимым условием появления холодных трещин в закаливающихся сталях. Они возникают непосредственно после сварки в процессе вылеживания сварных конструкций.

9. Остаточные напряжения являются носителями энергии упругой деформации. При одноосных напряжениях энергия, запасенная в единице объема, пропорциональна квадрату напряжения. Так как напряжения максимальны в зоне сварных соединений, то значительная часть энергии сосредоточена там. Начавшееся по каким – либо причинам разрушение в дальнейшем поддерживается энергией остаточных напряжений. Трещина может распространиться на значительную длину, сделав невозможным последующий ремонт разрушившейся детали. Энергия остаточных напряжений усиливает динамику процесса разрушения, увеличивает скорость движения трещин и способствует переходу от вязкого разрушения к хрупкому.