24 października 2021


W literaturze amerykańskiej i w polskich opracowaniach spotykamy wzory i programy komputerowe pozwalające na obliczanie odkształceń spawalniczych podłużnych i kątowych /1/, /2/. Wzory te nie uwzględniają jednak naprężeń wewnętrznych (które zmieniają się dla każdej partii blachy i na przekroju blachy), wpływu naprężeń pochodzących od poprzednich spoin (kolejności spawania), jak też ciepła topienia stopiwa i podłoża /4/.

Ryszard Jastrzębski

Pomimo tych ograniczeń matematycznych, dzięki  metodom opisowym i automatycznemu przetwarzaniu informacji przez człowieka, udaje się wykonywać precyzyjnie elementy spawane turbin gazowych i parowych, spawane korpusy frezarek portalowych. Zdarzało się, że  tylko zatrudniając wyspecjalizowanych w takim przetwarzaniu „kowali okrętowych” ratowano statek przed pocięciem na złom (ze względu na nadmierne odkształcenia spawalnicze). Podobna teoria jest przydatna przy prostowaniu wałów czy belek podsuwnicowych i przywracaniu urządzeń do eksploatacji. Brak znajomości przez projektantów tych procesów utrudnia niestety pracę wykonawcom.
W tym artykule omówimy zarys teorii i ogólne zasady postępowania, a w następnych zajmiemy się przykładami praktycznymi. Być może znajdą się projektanci, którzy przerobią wiedzę opisową w hierarchiczną i matematyczną.

Wpływ naprężeń wewnętrznych na wytrzymałość
Obróbka plastyczna (walcowanie, kucie, gięcie, profilowanie), procesy cieplne (spawanie, cięcie termiczne, wyżarzanie), przemiany metalurgiczne (przemiana austenitu w ferryt, hartowanie) pozostawiają w materiale siły wewnętrzne na poziomie makro, na poziomie ziaren i na poziomie struktury krystalicznej. Wpływ tych naprężeń na wytrzymałość zależy od rodzaju stali i sposobu obciążenia. W przypadku stali do S350 (z wyraźną granicą plastyczności) w początkowym okresie siły wewnętrzne dodają się z obciążeniami zewnętrznymi, a po przekroczeniu granicy plastyczności naprężenia wewnętrzne znikają i już nie wpływają na wytrzymałość (patrz rys. 1).

krzywe_wytrzymalosci_stali
Rys. 1  Krzywe wytrzymałości stali tradycyjnych (S230) i drobnoziarnistych (S460) w zależności od temperatury /5/


Dlatego w urządzeniach podległych Urzędowi Dozoru Technicznego wykonuje się próby ciśnieniowe hydrauliczne, próby obciążenia suwnicy czy mostu celem przekroczenia granicy plastyczności i usunięcia wpływy naprężeń wewnętrznych na wytrzymałość konstrukcji.
W przypadku stali drobnoziarnistych superwytrzymałych naprężenia wewnętrzne cały czas dodają się do obciążeń zewnętrznych i wpływają na wytrzymałość. Ważne jest też rozłożenie naprężeń na przekroju blach. Naprężenia powierzchniowe bardzo ograniczają wytrzymałość zmęczeniową i odporność na korozję i pękanie naprężeniowe stali kwasoodpornych. Dlatego konstrukcje obciążone dynamiczne należy śrutować, a nie piaskować celem wprowadzenia na powierzchni naprężeń ściskających o przeciwnym znaku do naprężeń omówionych wcześniej.

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 6 (33) czerwiec 2010