Конструктивные и технологические факторы, влияющие на распределение остаточных напряжений

Рассмотрение остаточных напряжений при сварке целесообразно закончить перечислением основных факторов, существенно влияющих как на величину, так и на характер их распределения.

Увеличение ширины свариваемых пластин при прочих равных условиях приводит к изменению эпюры продольных напряжений только в той ее части, где деформации при нагреве и охлаждении были упругими. Характер этих изменений следующий: уровень продольных сжимающих напряжений снижается и если пластина относительно широкая, то у ее краев могут появиться небольшие растягивающие напряжения.

Увеличение толщины свариваемого металла вызывает появление более значительных поперечных напряжений, а также напряжений в направлении толщины металла, то есть напряженное состояние становится двух- или трехосным.

Как указано в подразделе 2.4.3, более корректно в этом случае говорить не о самом увеличении толщины металла, а об изменении при этом отношения ширины высокотемпературной зоны к толщине металла.

Изменение жесткости отдельных конструктивных элементов вызывает соответствующее перераспределение остаточных напряжений. Очевидным примером этого могут служить соединения с круговыми швами на рис. 2.12, б и 2.12, в. Уменьшение жесткости внутреннего элемента на рис. 2.12, б или наружного элемента на рис. 2.12 в, в изменит поле остаточных напряжений.

На напряженном состоянии сварного соединения сказывается характер закрепления его при сварке. Соединение перед сваркой может быть не закреплено или собрано в приспособлении, обладающем некоторой жесткостью. При этом изменение остаточных напряжений может быть небольшим, но, как следствие применения очень жестких приспособлений, может возникнуть растрескивание. Растрескивание в этом случае возникает от временных, а не от остаточных напряжений. Точнее говоря, растрескивание происходит вследствие высокой скорости изменения временных напряжений в процессе охлаждения соединения.

Однако более жесткая сварная конструкция (а не приспособление) способна привести к противоположным результатам. Например, многослойная сварка незакрепленных пластин большой толщины вызывает появление высоких поперечных растягивающих напряжений в корне шва и, зачастую, растрескивание, а при многослойной сварке кольцевых швов толстостенных оболочек, несмотря на более высокую жесткость такого соединения в корне шва напряжения меняют свой знак на противоположный, и трещин не возникает.

Получение соединения может происходить в условиях различного теплоотвода от сварного шва. Интенсивность теплоотвода меняется в зависимости от того, применено ли принудительное охлаждение или наоборот - предварительный или сопутствующий подогрев, используются ли прижимные планки и подкладки, по которым также отводится тепло, или нет. В каждом случае величина остаточных напряжений меняется.

Определенное влияние на остаточные напряжения оказывает режим сварки (количество теплоты приходящееся на единицу длины шва), геометрия разделки кромок, последовательность укладки отдельных слоев, форма сварного шва.