Ứng suất dư hàn

Ứng suất dư hàn là ứng suất bên trong sinh ra trong kết cấu hàn do biến dạng nhiệt bị hạn chế trong quá trình hàn. Đặc biệt, trong quá trình nóng chảy, hóa rắn và co ngót khi nguội của kim loại mối hàn, ứng suất nhiệt đáng kể được tạo ra do các ràng buộc, khiến nó trở thành thành phần chính của ứng suất dư. Ngược lại, ứng suất bên trong phát sinh từ những thay đổi trong cấu trúc kim loại trong quá trình làm mát là thành phần thứ cấp của ứng suất dư. Độ cứng của kết cấu càng lớn và mức độ ràng buộc càng cao thì ứng suất dư càng lớn và do đó tác động của nó đến khả năng chịu tải của kết cấu càng lớn. Bài viết này chủ yếu thảo luận về tác động của ứng suất dư hàn lên kết cấu.

Tác động của ứng suất dư hàn lên kết cấu hoặc các bộ phận

Ứng suất dư khi hàn là ứng suất ban đầu xuất hiện trên mặt cắt ngang của một bộ phận ngay cả trước khi nó chịu bất kỳ tải trọng bên ngoài nào. Trong thời gian sử dụng của bộ phận, các ứng suất dư này kết hợp với ứng suất làm việc do tải trọng bên ngoài gây ra, dẫn đến biến dạng thứ cấp và phân bố lại ứng suất dư. Điều này không chỉ làm giảm độ cứng và độ ổn định của kết cấu mà dưới tác động tổng hợp của nhiệt độ và môi trường, ảnh hưởng đáng kể đến độ bền mỏi của kết cấu, khả năng chống gãy giòn, khả năng chống nứt do ăn mòn ứng suất và nứt từ biến ở nhiệt độ cao.

Tác động đến độ cứng kết cấu

Khi ứng suất tổng hợp từ tải trọng bên ngoài và ứng suất dư ở một khu vực nhất định của kết cấu đạt đến điểm chảy dẻo, vật liệu ở khu vực đó sẽ bị biến dạng dẻo cục bộ và mất khả năng chịu thêm tải trọng, làm giảm tiết diện hiệu dụng. diện tích và do đó độ cứng của kết cấu. Ví dụ, trong các kết cấu có các mối hàn dọc và ngang (chẳng hạn như các mối hàn tấm sườn trên dầm chữ I) hoặc các kết cấu đã trải qua quá trình làm thẳng bằng ngọn lửa, ứng suất kéo dư đáng kể có thể được tạo ra ở các mặt cắt ngang lớn hơn. Mặc dù phạm vi phân bố của các ứng suất này dọc theo chiều dài của bộ phận có thể không rộng nhưng tác động của chúng đến độ cứng vẫn có thể rất đáng kể. Đặc biệt đối với các dầm hàn được làm thẳng bằng ngọn lửa trên diện rộng, độ cứng có thể giảm đáng kể khi chịu tải và giảm độ nảy khi dỡ tải, điều này không thể bỏ qua đối với các kết cấu có yêu cầu cao về độ chính xác và ổn định kích thước.

Tác động đến cường độ tải tĩnh

Đối với vật liệu giòn, không thể chịu biến dạng dẻo, ứng suất bên trong chi tiết không thể phân bố đều khi ngoại lực tăng lên. Các đỉnh ứng suất sẽ tiếp tục tăng cho đến khi đạt tới giới hạn chảy dẻo của vật liệu, gây ra hư hỏng cục bộ và cuối cùng dẫn đến gãy toàn bộ bộ phận. Sự hiện diện của ứng suất dư trong vật liệu giòn làm giảm khả năng chịu tải của chúng, dẫn đến gãy xương. Đối với vật liệu dẻo, sự tồn tại của ứng suất dư kéo ba trục trong môi trường nhiệt độ thấp có thể cản trở sự xuất hiện biến dạng dẻo, do đó làm giảm đáng kể khả năng chịu tải của bộ phận.

Tóm lại, ứng suất dư khi hàn có tác động đáng kể đến tính năng của kết cấu. Thiết kế hợp lý và kiểm soát quy trình có thể làm giảm ứng suất dư, từ đó nâng cao độ tin cậy và độ bền của kết cấu hàn.