Hitsauksen jäännösjännitys

Hitsauksen jäännösjännitys tarkoittaa sisäistä jännitystä, joka syntyy hitsatuissa rakenteissa hitsausprosessin aikana tapahtuvan rajoitetun lämpömuodonmuutoksen vuoksi. Erityisesti hitsimetallin sulamisen, jähmettymisen ja jäähtymisen aikana syntyy rajoituksista johtuen merkittävää lämpöjännitystä, mikä tekee siitä jäännösjännityksen ensisijaisen komponentin. Sitä vastoin jäähdytysprosessin aikana metallografisen rakenteen muutoksista aiheutuva sisäinen jännitys on jäännösjännityksen toissijainen komponentti. Mitä suurempi rakenteen jäykkyys ja suurempi rajoitusaste on, sitä suurempi on jäännösjännitys, ja sitä kautta sitä suurempi on sen vaikutus rakenteen kantokykyyn. Tässä artikkelissa käsitellään pääasiassa hitsauksen jäännösjännityksen vaikutuksia rakenteisiin.

Hitsauksen jäännösjännityksen vaikutus rakenteisiin tai osiin

Hitsauksen jäännösjännitys on komponentin poikkileikkauksessa oleva alkujännitys jo ennen kuin se kantaa ulkoista kuormitusta. Komponentin käyttöiän aikana nämä jäännösjännitykset yhdistyvät ulkoisten kuormien aiheuttamiin käyttöjännityksiin, mikä johtaa toissijaiseen muodonmuutokseen ja jäännösjännityksen uudelleen jakautumiseen. Tämä ei ainoastaan ​​vähennä rakenteen jäykkyyttä ja vakautta, vaan myös lämpötilan ja ympäristön yhteisvaikutuksissa vaikuttaa merkittävästi rakenteen väsymislujuuteen, hauraan murtumiskestävyyteen, jännityskorroosiohalkeilun kestävyyteen ja korkean lämpötilan virumishalkeiluon.

Vaikutus rakenteelliseen jäykkyyteen

Kun ulkoisen kuormituksen ja jäännösjännityksen yhteisjännitys tietyllä rakenteen alueella saavuttaa myötörajan, tällä alueella oleva materiaali käy läpi paikallisen plastisen muodonmuutoksen ja menettää kykynsä kestää lisäkuormituksia, mikä aiheuttaa tehollisen poikkileikkauksen pienenemisen. pinta-ala ja siten rakenteen jäykkyys. Esimerkiksi rakenteissa, joissa on pitkittäis- ja poikittaishitsaukset (kuten I-palkkien ripalevyhitsaukset) tai liekkioikaisuissa, voi syntyä merkittävää jäännösvetolujuutta suuremmissa poikkileikkauksissa. Vaikka näiden jännitysten jakautumisalue komponentin pituudella ei välttämättä ole laaja, niiden vaikutus jäykkyyteen voi silti olla merkittävä. Erityisesti laajalle liekkioikaisulle altistetuissa hitsatuissa palkeissa voi esiintyä huomattavaa jäykkyyden laskua kuormituksen aikana ja vähentynyttä pomppimista purkamisen aikana, mitä ei voida jättää huomiotta rakenteissa, joilla on korkeat mittatarkkuuden ja stabiilisuuden vaatimukset.

Vaikutus staattisen kuormituksen lujuuteen

Hauraille materiaaleille, jotka eivät voi joutua plastiseen muodonmuutokseen, komponentin sisällä oleva jännitys ei voi jakautua tasaisesti ulkoisen voiman kasvaessa. Jännityshuiput jatkavat nousuaan, kunnes ne saavuttavat materiaalin myötörajan, aiheuttaen paikallisen vian ja lopulta koko komponentin murtumisen. Jäännösjännitys hauraissa materiaaleissa heikentää niiden kantokykyä, mikä johtaa murtumiin. Muovattavien materiaalien tapauksessa kolmiakselinen vetojännösjännitys matalissa lämpötiloissa voi haitata plastisen muodonmuutoksen esiintymistä, mikä vähentää merkittävästi komponentin kantokykyä.

Yhteenvetona voidaan todeta, että hitsauksen jäännösjännitys vaikuttaa merkittävästi rakenteiden suorituskykyyn. Kohtuullinen suunnittelu ja prosessinhallinta voivat vähentää jäännösjännitystä ja parantaa siten hitsattujen rakenteiden luotettavuutta ja kestävyyttä.