Концентрация напряжений, вызываемая различного рода выточками, надрезами, отверстиями, уступами и прочими резкими изменениями формы, в большой степени влияет на сопротивление усталости металлических материалов или конструктивных элементов (см. гл. II).
Сварные соединения, как правило, обладают более или менее значительными концентраторами напряжений. Ими могут быть и неснятые усиления швов и различного рода накладки, ребра жесткости, а также наружные или внутренние дефекты швов в виде непроваров, включений, трещин и пр. Для различных типовых сварных соединений характерные величины теоретических коэффициентов концентрации напряжений аа (по опытным данным В. И. Труфякова, полученным па прозрачных моделях) приведены ниже. Непровары, включения и особенно наличие сварочных трещин могут вызывать большую концентрацию напряжений. Понижение сопротивления усталости за счет концентрации рабочих напряжений в значительной степени будет зависеть от одновременного влияния остаточных напряжений. Если опасная зона с концентратором рабочих напряжений расположена в области действия остаточных растягивающих напряжений, то суммарный не-благоприятный эффект может быть весьма значительным. И наоборот, — даже большая концентрация рабочих напряжений, приходящаяся на область действия благоприятных остаточных сжимающих напряжений, может не приводить к заметному понижению усталостной прочности.
Нельзя также оценивать степень понижения усталостной прочности за счет различных дефектов шва, не учитывая того, в какой зоне остаточных напряжений (растягивающих или сжимающих) расположен дефект.
Обстоятельные исследования, выполненные по этому вопросу в ИЭС им. Патона, нашли отражение не только в отечественной литературе [6, 169, 172], но и в ряде документов, представленных Международному институту сварки [276, 277].
В сварном соединении, как правило, возникает более или менее значительный градиент механических свойств в разных направлениях по отношению к шву. Роль неоднородности сварных соединений в сопротивлении их статическим и ударным нагрузкам исследована к настоящему времени достаточно подробно.
В изучении этой проблемы значительный вклад был сделан проф. О. А. Бакши и его школой [7, 9]. Применительно к усталостным явлениям роль неоднородности свойств сварных соединений изучалась П. И. Кудрявцевым [99]. Им был применен метод изгибных усталостных испытаний образцов круглого сечения (018 мм) с вваренными контактным способом инородными вставками. Испытывали образцы из мягкой стали F3 с твердыми вставками различной длины (сталь 40Х) и образцы из твердой стали 40Х с мягкими прослойками также различной длины. Механические свойства компонентов таких составных образцов определяли различной реакцией на один и тот же режим термической обработки (закалка при температуре 840° С, отпуск 400° С). Перепад твердости в сварных соединениях составлял HV 200—250 к HV 400—450.
В мягком материале составного образца у места его контакта с более твердым возникает сложное напряженное состояние, приводящее к замедлению процесса накопления микропластических деформаций в этой зоне.