Влияние сварочных напряжений на прочность сварных соединений при переменном нагружении
Положительное влияние сжимающих напряжений на работоспособность сварных соединений и конструкций при переменном нагружении подтверждается опытом эксплуатации реальных конструкций: сжимающие напряжения повышают, а растягивающие напряжения понижают усталостную прочность.
Особенно существенно влияние остаточных сварочных растягивающих напряжений при наличии концентраторов, именно в их районе в первую очередь возникают разрушения от усталости.
Степень отрицательного влияния растягивающих напряжений зависит от уровня эксплуатационных напряжений и коэффициента концентрации напряжений. Чем выше рабочие напряжения и чем больше концентрация напряжений, тем меньше доля влияния растягивающих напряжений, и наоборот, при невысоких рабочих напряжениях и малых концентрациях напряжений относительное отрицательное влияние растягивающих остаточных напряжений проявляется сильнее. Объясняется это тем, что остаточные сварочные напряжения являются собственными, т. е. взаимно уравновешенными, и если при первых же циклах нагружения в перегруженных зонах произошла пластическая деформация, в результате которой остаточные напряжения понизились, то собственные напряжения самопроизвольно не восстанавливаются. Поэтому при высоких рабочих напряжениях и высокой концентрации напряжений на первых же циклах нагружения возникают пластические деформации от суммы рабочих и остаточных напряжений. Кроме того, значительная концентрация напряжений по своему влиянию превалирует над собственными напряжениями. При небольшой концентрации напряжений остаточные растягивающие напряжения сохраняют свой высокий уровень в процессе эксплуатации и увеличивают средние напряжения цикла, тем самым понижая выносливость.
Сказанное выше подтверждает, что наиболее эффективным способом повышения усталостной прочности является создание в зоне концентрации напряжений сжимающих остаточных напряжений (путем поверхностного наклепа, местного нагрева, обжатия смежных с концентратором зон металла и др.).