Spanningsverhouding
De spanningsverhouding R is de verhouding tussen minimale spanning σ_min en maximale spanning σ_max van een wisselende belasting. Het kenmerkt de middenspanningstoestand: R = -1 betekent pure wisselbelasting, R = 0 betekent pure trek-schwellbelasting. In gelaste onderdelen verhogen eigen spanningen de lokale R en verlagen de toelaatbare vermoeiingssterkte.
Fysisch-chemisch werkingsmechanisme
Bij wisselbelasting schommelt de spanning periodiek tussen een bovenwaarde σ_max en een onderwaarde σ_min. De spanningsverhouding R = σ_min / σ_max (met teken) beschrijft hoe sterk deze schommeling rond de gemiddelde spanning ligt. Is R negatief, dan wisselt de spanning van richting (trek-druk-wissel). Is R nul of positief, dan blijft de spanning in het trek- of drukgebied. Hoe groter R wordt, hoe hoger de gemiddelde spanning bij dezelfde amplitude. Dat stimuleert de groei van vermoeiingsscheuren, omdat de scheurtippen minder worden ontlast.
Metallurgische relevantie & risico's bij het lassen
Lasnaden bevatten na het afkoelen hoge trekeigenspanningen die dicht bij de vloeigrens kunnen liggen. Deze eigenspanningen stapelen zich op met de bedrijfsbelasting. Hierdoor verschuift de lokale spanningsverhouding in de lasnaad duidelijk naar boven. Zelfs als een component extern met R = -1 wordt getest, trilt het kritische naadgebied vaak met R ≈ 0,3 tot 0,5. Dat verlaagt de vermoeiingssterkte aanzienlijk. Wordt de werkelijke lokale R onderschat, dan ontstaan voortijdig scheuren bij lasovergangen, vooral bij hoogsterk staal of dikke platen.
Werkplaatspraktijk & instructies
Bepaal de spanningsverhouding altijd uit de werkelijke belastingscyclus op het component, niet uit geïdealiseerde aannames. Voor gelaste constructies zonder vermindering van eigenspanningen, gebruik in de levensduurberekening ten minste R = 0,5, ook al wisselt de externe belasting. Verminder lokale trekspanningspieken door het naslijpen van lasovergangen, kogelstralen of TIG-nabehandeling. Zo verlaagt u de gemiddelde spanning en de effectieve R. Meet bij kritische delen de eigenspanningen röntgenografisch of met de boorgatmethode om de werkelijke R te bepalen.