Zbytková napětí

Zbytková napětí jsou elastická deformace a odpovídající napětí v pevném tělese bez vnějšího mechanického působení na něj.

Zbytkové napětí vzniká v materiálu při jeho tepelném zpracování, přechodu z kapalného skupenství do pevného, ​​při obrábění, svařování apod. Zbytková napětí jsou vždy přítomna v plastu, kovu, skle. Důvodem vzniku zbytkových napětí je nehomogenita deformovaného stavu pevného tělesa v důsledku různých změn jeho délky nebo objemu v různých místech.

Vznik zbytkových napětí při přechodu materiálu z kapalného do pevného skupenství se vysvětluje tím, že tuhnutí začíná v povrchových vrstvách a je doprovázeno smršťováním. Pokrok ve vytvrzování vnější vrstvy vede ke vzniku vnitřních tahových napětí v ní.

Zbytková napětí mohou být vytvořena pro konstrukční účely (samoexpandující vesmírné antény [1] ) nebo mohou být škodlivá. Škodlivá zbytková napětí jsou skrytou vadou. K jejich snížení se přijímá soubor opatření.

Klasifikace

Zbytková napětí se v závislosti na jejich velikosti dělí na:

• Zbytková napětí 1. druhu ve velikostech srovnatelných s velikostí celého tělesa;
• Zbytkové napětí 2. druhu nebo mikroskopické, velikostí srovnatelné s velikostí kovových zrn. Mikroskopická napětí jsou studována radiografickými metodami;
• Zbytkové napětí 3. druhu nebo submikroskopické zkreslení ve velikostech srovnatelných s velikostmi atomové krystalové mřížky.

Škodlivá zbytková napětí (často tahová) vedou k destrukci výrobku, vzniku trhlin v něm a urychlení koroze. Užitečná napětí, častěji tlaková, zvyšují elasticitu výrobku, odolnost a zvyšují odolnost proti korozi.

Zbytková napětí při svařování

V procesu svařování konstrukce při ochlazování kovu v ní vznikají pnutí způsobená nerovnoměrným ohřevem podkladu a usazených kovů, smršťováním kovu po svařování, strukturálními změnami v kovu vlivem zahřívání a rychlého ochlazení, změnami rozpustnost plynů ve svaru při jeho ochlazování. Vnitřní napětí přispívají jak k deformaci, tak k lomu svařovaného výrobku. Pro eliminaci zbytkových pnutí jsou provedena konstrukční a technologická opatření.

Strukturální opatření:

• Základní kov je kov, který při ochlazení na vzduchu netvoří vytvrzovací struktury. Kov elektrod musí mít plastické vlastnosti, které nejsou nižší než plastické vlastnosti základního kovu.
• Během procesu svařování by neměla být povolena koncentrace švů a jejich křížení.
• Při svařování je třeba se vyhnout švům ve formě uzavřených obrysů. To zvyšuje napětí v rovině.
• Je třeba se vyhnout svářečským šátkům, překryvům vedoucím ke zvýšení napětí v rovině.
• Při svařování je nutné dát přednost tupým svarům, které jsou méně tuhé. V nich je koncentrace silových napětí mnohem menší než u koutových svarů.
• V procesu navrhování svařovaných konstrukcí je nutné počítat s možností výroby jednotlivých svařovaných sestav, které by pak bylo možné spojovat do společné konstrukce. To obecně snižuje napětí v rovině.

Technologická opatření:

• Předběžné a současné zahřívání produktů během procesu vaření;
• Po svařování je horký kov kován;
• Kalení po svařování snižuje zbytková napětí o 85-90 %;
• Odvalovací svary.

Použití

Zbytkové pnutí se využívá k výrobě pružin, samorozpínacích antén, kovových svinovacích metr a dalších výrobků. V tomto případě je kov temperován . Zbytková pnutí se obvykle vyskytují při kalení v důsledku tepelného zpracování.

Literatura

• Bashkatov A.V. Napětí a deformace při svařování. Voroněž. Ed. VSTU. 1999.
• Glikman L. A., Metody stanovení zbytkových napětí, „Tr. Leningrad. eng.-econ. in-ta", 1960, no. třicet;
• Birger I. A. Zbytková napětí, M., 1963;
• Ugolev B. N. Vnitřní napětí ve dřevě při jeho vysychání, M.-L., 1959;
• Vasiliev D. M., Dobrodeeva N. M., "Fyzika pevného skupenství", 1962, vol. 4, č. 1, str. 140-47.
• P.Ya.Bokin. Mechanické vlastnosti silikátových skel, 29. Nauka, L., 1970.
• Čeredov V.N. Vady v krystalech syntetického fluoritu. Petrohrad: Věda. - 1993. - 112 s.
• Hosford, William F. 2005. "Zbytková napětí." In Mechanické chování materiálů, 308–321. Cambridge University Press. ISBN 978-0-521-84670-7
• Cary, Howard B. a Scott C. Helzer (2005). Moderní technologie svařování. Upper Saddle River, New Jersey: Pearson Education. ISBN 0-13-113029-3 .
• Shajer, Gary S. 2013. Praktické metody měření zbytkového stresu. Wiley. ISBN 978-1-118-34237-4

Odkazy

• ZBYTEKOVÉ NAPĚTÍ Archivováno 19. června 2016 na Wayback Machine
• Typická pole zbytkového napětí ve svarových spojích Archivováno 1. července 2016 na Wayback Machine

Poznámky

1. ↑ Budova ve vesmíru Archivováno 15. června 2009.