залишкові напруги
Прояв залишкових напружень в металі
Залишкова напруга виникає в матеріалі в процесі його термообробки, перехід з рідкого стану в твердий, при механічній обробці, зварюванні та ін. Залишкові напруги в пластмасі, металі, склі присутні завжди. Причиною виникнення залишкових напруг є неоднорідність деформованого стану твердого тіла з-за різного зміни в різних місцях його довжини або обсягу.
Виникнення залишкових напружень при переході матеріалу з рідкого стану в тверде пояснюється тим, що затвердіння починається в поверхневих шарах і супроводжується усадкою. Випередження затвердіння зовнішнього шару призводить до виникнення в ньому внутрішніх напружень розтягу.
Залишкові напруги можуть бути зроблені в конструктивних цілях (самораскривающіеся космічні антени [1]) або бути шкідливими. Шкідливі залишкові напруги є прихованим дефектом. Для їх зменшення приймається комплекс заходів.
Залишкові напруги в залежності від їх розмірів діляться на:
- Залишкові напруги 1-го роду в розмірах, порівнянних з розмірами всього тіла;
- Залишкова напруга 2-го роду або мікроскопічні, в розмірах, порівнянних з розмірами зерен металу. Мікроскопічні напруги вивчаються рентгенографічними методами;
- Залишкова напруга 3-го роду або субмикроскопические спотворення, в розмірах, порівнянних з розмірами атомно-кристалічної решітки.
Шкідливі залишкові напруги (частіше розтягують) призводять до руйнування вироби, появи в ньому тріщин, прискоренню утворення корозії. Корисні напруги, частіше стискають, підвищують пружність вироби, витривалість, збільшують корозійну стійкість.
Залишкові напруги при зварюванні
У процесі зварювання конструкції при охолодженні металу в ньому виникає напруга викликаних неоднаковим нагріванням основного і наплавленого металів, усадкою металу після зварювання, структурними змінами в металі через нагрівання і швидкого охолодження, зміною розчинності газів в звареному шві при його охолодженні. Внутрішні напруги сприяють як деформації або руйнування зварного вироби. Для усунення залишкових напруги проводяться конструктивні і технологічні заходи.
- В якості основного металу вибирається метал, що не утворює гартівних структур при охолодженні на повітрі. Метал електродів повинен мати пластичні властивості якого не нижче пластичних властивостей основного металу.
- У процесі зварювання не можна допускати концентрацію швів і їх перетину.
- При зварюванні слід уникати швів у вигляді замкнутих контурів. Це збільшує площинну напруженість.
- Слід уникати зварювальних косинок, накладок призводять до збільшення площинних напружень.
- При зварюванні необхідно віддавати перевагу стикових швах, які є менш жорсткими. У них концентрація силових напруг набагато менше, ніж в кутових швах.
- В процесі проектування зварних конструкцій треба передбачати можливість виготовлення окремих зварних вузлів, які потім можна було б поєднувати в загальну конструкцію. Це в цілому знижує площинну напруженість.
- Попередній і супутній підігрів виробів в процесі варіння;
- Після зварювання гарячий метал проковують;
- Відпустка після зварювання знижує залишкові напруги на 85-90%;
- Прокатка прокатка зварних швів.
Залишкова напруга використовують для виготовлення пружин, самораскривающіхся антен, металевих рулеток та інших виробів. При цьому проводять відпустку металу. Залишкові напруги зазвичай виникають при загартуванню в результаті термічної обробки.