Λόγος τάσεων
Ο λόγος τάσεων R είναι το πηλίκο της ελάχιστης τάσης σ_min προς τη μέγιστη τάση σ_max μιας δυναμικής καταπόνησης. Χαρακτηρίζει την κατάσταση μέσης τάσης: R = -1 σημαίνει καθαρή εναλλασσόμενη καταπόνηση, R = 0 σημαίνει καθαρή παλμική εφελκυστική καταπόνηση. Σε συγκολλημένα εξαρτήματα, οι εσωτερικές τάσεις αυξάνουν το τοπικό R και μειώνουν την αντοχή σε δυναμική κόπωση.
Φυσικοχημικός μηχανισμός δράσης
Κατά τη δυναμική καταπόνηση η τάση ταλαντώνεται περιοδικά μεταξύ μιας ανώτερης τιμής σ_max και μιας κατώτερης τιμής σ_min. Ο λόγος τάσεων R = σ_min / σ_max (με πρόσημο) περιγράφει πόσο έντονη είναι αυτή η διακύμανση γύρω από τη μέση τάση. Αν το R είναι αρνητικό, η τάση αλλάζει κατεύθυνση (εναλλαγή εφελκυσμού-θλίψης). Αν το R είναι μηδέν ή θετικό, η τάση παραμένει στην περιοχή εφελκυσμού ή θλίψης. Όσο μεγαλώνει το R, τόσο υψηλότερη είναι η μέση τάση με ίδιο εύρος ταλάντωσης. Αυτό τροφοδοτεί την ανάπτυξη ρωγμών κόπωσης, επειδή οι αιχμές των ρωγμών αποφορτίζονται λιγότερο.
Μεταλλουργική σημασία & κίνδυνοι στη συγκόλληση
Οι συγκολλήσεις περιέχουν μετά την ψύξη υψηλές παραμένουσες εφελκυστικές τάσεις, που μπορεί να βρίσκονται κοντά στο όριο διαρροής. Αυτές οι παραμένουσες τάσεις υπερτίθενται με το λειτουργικό φορτίο. Έτσι ο τοπικός λόγος τάσεων στη συγκόλληση μετατοπίζεται σαφώς προς τα πάνω. Ακόμη κι αν ένα εξάρτημα ελέγχεται εξωτερικά με R = -1, η κρίσιμη περιοχή της ραφής ταλαντώνεται συχνά με R ≈ 0,3 έως 0,5. Αυτό μειώνει σημαντικά την αντοχή σε κόπωση. Αν υποεκτιμηθεί το πραγματικό τοπικό R, προκύπτουν πρόωρες ρωγμές στις μεταβάσεις των συγκολλήσεων, ιδίως σε χάλυβες υψηλής αντοχής ή σε χοντρά ελάσματα.
Πρακτική στο συνεργείο & οδηγίες δράσης
Προσδιορίζετε τον λόγο τάσεων πάντα από την πραγματική αλληλουχία φορτίων στο εξάρτημα, όχι από εξιδανικευμένες παραδοχές. Για συγκολλημένες κατασκευές χωρίς αποκατάσταση παραμενουσών τάσεων, στον υπολογισμό διάρκειας ζωής βάλτε τουλάχιστον R = 0,5, ακόμη κι αν το εξωτερικό φορτίο εναλλάσσεται. Μειώστε τις τοπικές αιχμές εφελκυστικών τάσεων με τρόχισμα των μεταβάσεων της ραφής, σφαιροβολή ή επεξεργασία TIG. Έτσι μειώνετε τη μέση τάση και το ενεργό R. Σε κρίσιμα εξαρτήματα μετρήστε τις παραμένουσες τάσεις ακτινογραφικά ή με τη μέθοδο της οπής, για να προσδιορίσετε το πραγματικό R.