Η υπολειπόμενη τάση συγκόλλησης αναφέρεται στην εσωτερική τάση που δημιουργείται στις συγκολλημένες κατασκευές λόγω της περιορισμένης θερμικής παραμόρφωσης κατά τη διαδικασία συγκόλλησης. Ειδικότερα, κατά τη συρρίκνωση της τήξης, στερεοποίησης και ψύξης του μετάλλου συγκόλλησης, δημιουργείται σημαντική θερμική τάση λόγω των περιορισμών, καθιστώντας το το κύριο συστατικό της υπολειμματικής τάσης. Αντίθετα, η εσωτερική τάση που προκύπτει από αλλαγές στη μεταλλογραφική δομή κατά τη διαδικασία ψύξης είναι ένα δευτερεύον συστατικό της παραμένουσας τάσης. Όσο μεγαλύτερη είναι η ακαμψία της κατασκευής και όσο μεγαλύτερος ο βαθμός περιορισμού, τόσο μεγαλύτερη είναι η υπολειμματική τάση και κατά συνέπεια τόσο πιο σημαντική είναι η επίδρασή της στη φέρουσα ικανότητα της κατασκευής. Αυτό το άρθρο εξετάζει κυρίως την επίδραση της παραμένουσας τάσης συγκόλλησης στις κατασκευές.
Επίδραση της υπολειμματικής τάσης συγκόλλησης σε κατασκευές ή εξαρτήματα
Η υπολειμματική τάση συγκόλλησης είναι η αρχική τάση που υπάρχει στη διατομή ενός εξαρτήματος ακόμη και πριν αυτό φέρει οποιοδήποτε εξωτερικό φορτίο. Κατά τη διάρκεια ζωής του εξαρτήματος, αυτές οι παραμένουσες τάσεις συνδυάζονται με τις καταπονήσεις εργασίας που προκαλούνται από εξωτερικά φορτία, οδηγώντας σε δευτερεύουσα παραμόρφωση και ανακατανομή της υπολειπόμενης τάσης. Αυτό όχι μόνο μειώνει την ακαμψία και τη σταθερότητα της δομής, αλλά επίσης, υπό τις συνδυασμένες επιδράσεις θερμοκρασίας και περιβάλλοντος, επηρεάζει σημαντικά την αντοχή της κατασκευής σε κόπωση, την εύθραυστη αντοχή στη θραύση, την αντίσταση στη διάβρωση λόγω καταπόνησης και τη ρωγμή ερπυσμού σε υψηλή θερμοκρασία.
Επίδραση στη δομική ακαμψία
Όταν η συνδυασμένη τάση από εξωτερικά φορτία και υπολειπόμενη τάση σε μια συγκεκριμένη περιοχή της κατασκευής φτάσει στο σημείο διαρροής, το υλικό σε αυτή την περιοχή θα υποστεί τοπική πλαστική παραμόρφωση και θα χάσει την ικανότητά του να αντέχει περαιτέρω φορτία, προκαλώντας μείωση της αποτελεσματικής διατομής περιοχή και, κατά συνέπεια, η ακαμψία της κατασκευής. Για παράδειγμα, σε κατασκευές με διαμήκεις και εγκάρσιες συγκολλήσεις (όπως οι συγκολλήσεις πλευρικής πλάκας σε δοκούς Ι) ή σε κατασκευές που έχουν υποστεί ευθυγράμμιση με φλόγα, μπορεί να δημιουργηθεί σημαντική υπολειμματική τάση εφελκυσμού σε μεγαλύτερες διατομές. Αν και το εύρος κατανομής αυτών των τάσεων σε όλο το μήκος του εξαρτήματος μπορεί να μην είναι εκτεταμένο, η επίδρασή τους στην ακαμψία μπορεί να είναι ακόμα σημαντική. Ιδιαίτερα για συγκολλημένες δοκούς που υπόκεινται σε εκτεταμένο ίσιωμα φλόγας, μπορεί να υπάρξει αισθητή μείωση της ακαμψίας κατά τη φόρτωση και μειωμένη ανάκαμψη κατά την εκφόρτωση, κάτι που δεν μπορεί να αγνοηθεί για κατασκευές με υψηλές απαιτήσεις για ακρίβεια διαστάσεων και σταθερότητα.
Επίδραση στην αντοχή στατικού φορτίου
Για εύθραυστα υλικά, τα οποία δεν μπορούν να υποστούν πλαστική παραμόρφωση, η τάση μέσα στο εξάρτημα δεν μπορεί να κατανεμηθεί ομοιόμορφα καθώς αυξάνεται η εξωτερική δύναμη. Οι κορυφές καταπόνησης θα συνεχίσουν να αυξάνονται μέχρι να φτάσουν στο όριο απόδοσης του υλικού, προκαλώντας τοπική αστοχία και τελικά οδηγώντας σε θραύση ολόκληρου του εξαρτήματος. Η παρουσία υπολειπόμενης τάσης σε εύθραυστα υλικά μειώνει τη φέρουσα ικανότητα τους, οδηγώντας σε ρωγμές. Για όλκιμα υλικά, η ύπαρξη τριαξονικής υπολειμματικής τάσης εφελκυσμού σε περιβάλλοντα χαμηλής θερμοκρασίας μπορεί να εμποδίσει την εμφάνιση πλαστικής παραμόρφωσης, μειώνοντας έτσι σημαντικά τη φέρουσα ικανότητα του εξαρτήματος.
Συμπερασματικά, η παραμένουσα τάση συγκόλλησης έχει σημαντικό αντίκτυπο στην απόδοση των κατασκευών. Ο λογικός σχεδιασμός και ο έλεγχος της διαδικασίας μπορούν να μειώσουν την υπολειπόμενη τάση, ενισχύοντας έτσι την αξιοπιστία και την ανθεκτικότητα των συγκολλημένων κατασκευών.
Ώρα δημοσίευσης: Αύγ-01-2024
