Остаточные напряжения в сварных соединениях

При однопроходной сварке встык с полным проплавлением низкоуглеродистых и аустенитных сталей распределение продольных остаточных напряжений s_х имеет характерный вид, представленный на рисунке

Симметричный шов Наплавка на кромку полосы

Максимальные растягивающие напряжения имеют место во шве и взоне разогрева до температур резкого падения предела текучести (более 600°С). Для сталей, претерпевающих фазовые превращения при температурах выше 600°С, они близки к пределу текучести. В титановых и алюминиевых сталях они составляют (0,5-0,8)s_S. Зона растягивающих напряжений приблизительно равна ширине зоны пластических деформаций. Такой же характер имеет распределение s_х в сварных соединениях с многослойным швом.

Фазовые и структурные превращения при термическом цикле сварки сопровождаются дополнительными деформациями и изменяют характер эпюры s_х. Если превращения завершаются при высоких температурах, когда предел текучести близок к нулю, то они влияют только на временные напряжения. Для сталей перлитного класса эпюра остаточных напряжений не отличается от классической. При низкотемпературных мартенситных превращениях возможны значительные изменения эпюры вплоть до появления в шве напряжений сжатия.

Кроме продольных напряжений s_х при сварке встык возникают поперечные напряжения s_у. При однопроходной сварке свободных пластин s_у незначительны. s_у значительны при сварке швов в жестком контуре (подварка дефектов) за счет поперечной усадки.

При многопроходной сварке пластин встык в общем случае возникает трехосное напряженное состояние. Однако при толщинах до 40-80 мм сопротивление усадки в направлении толщины незначительно и s_z»0.

Формирование продольных напряжений s_х при укладке каждого очередного валика многопроходных швов качественно подобно однопроходной сварке. Последующие валики незначительно изменяют s_х (s_x =s_S), а их распределение по толщине можно считать равномерным.

Формирование s_у происходит вследствие поперечной усадки последующих валиков. Ниже лежащие участки оказывают сопротивление усадке последующих валиков и в них наводятся напряжения сжатия. Кроме того возникают деформации изгиба, вызывающие напряжения растяжения в корне шва. В результате эпюра s_у приобретает сложный характер. На поверхности s_у»0,5s_S. В корне шва вследствие жесткой системы нагружения s_у может достигнуть величины предела прочности s_b.

При сварке в жестком приспособлении, препятствующему поперечному изгибу, напряжения в корне шва будут сжимающими. При недостаточно жестком приспособлении возможна эпюра, имеющая промежуточный характер.