Деформации и напряжения при сварке. Сварочные деформации и напряжения

Причины сварочных деформаций и напряжений

Деформации и напряжения при сварке возникают под действием
теплоты, выделяемой источником сварочного тока. К главным причинам возникновения
сварочных деформаций и напряжений относятся: неравномерный разогрев и
остывание сварной конструкции, литейная усадка жидкой сварочной ванны, а также
структурные преобразования в металле сварного шва и зоне
термического влияния.

Неравномерное нагревание и остывание металлоконструкций при сварке является
причиной возникновения тепловых внутренних напряжений. Изменение прочности и
пластичности металлов происходит как при сварке
чёрных металлов, так и при сварке
цветных металлов и сплавов. При этом, чем выше температура нагрева и ниже
теплопроводность металла, тем будут выше тепловые деформации и напряжения в
сварном соединении.

Литейная усадка сварочной ванны является причиной формирования остаточных напряжений
и деформаций в слоях металла, прилегающих к сварному шву. Происходит это из-за
того, что при охлаждении, сварочная ванна уменьшается в объеме и начинает растягивать
близлежащие слои металла. При этом, чем меньше объём сварочной ванны, тем меньше
величина напряжений и деформаций, возникающих при её затвердевании.

Структурные преобразования в металле являются причиной возникновения растягивающих
и сжимающих напряжений. И в отдельных случаях, эти преобразования вызывают изменение
объёма свариваемого металла. При сварке низкоуглеродистых сталей, напряжения
от структурных преобразований незначительны и на качество сварного соединения
существенного влияния не оказывают. При
сварке легированных сталей, содержащих более 0,35% углерода, деформации
и напряжения при сварке довольно значительны и могут стать причиной
для образования горячих трещин в сварном шве.

Внутренние напряжения и деформация при сварке отрицательно влияют на показатель
прочности металлоконструкции. Ели свариваемые стали имеют склонность к образованию
закалочных структур, то напряжения могут быть очень большими и, в отдельных
случаях, даже вызвать горячие и холодные
трещины при сварке.

Механизм образования деформаций и напряжений при сварке

Деформации и напряжения при сварке. Сварочные деформации и напряжения

Рассмотрим
механизм образования остаточных деформаций и напряжений. Всем известно, что
при нагревании металл расширяется, а при остывании — сужается. Но что произойдёт,
если металл зажат, и ему некуда расширяться?

Для примера, поместим металлический брусок между стенками, как показано на
рисунке. При этом посередине бруска выполняется сварочный шов и этот брусок,
под действием электрической дуги, равномерно нагревается до температуры 600°C.
При нагревании брусок будет нагреваться, и стремиться к удлинению. Но удлиняться
бруску некуда, т.к. мешают стенки, между которых он зажат. В результате, на
брусок начинают действовать сжимающие усилия от боковых стенок.

Под воздействием боковых стенок, нагретый брусок, ставший более пластичным,
сминается и перестаёт распирать стенки. Затем, при остывании, он начинает сужаться
и укорачивается на ту величину, на которую не смог удлиниться. Боковые стенки
не позволили бруску свободно расшириться и, в результате, в нём образовались
внутренние напряжения растяжения.

Схожие механизмы происходят и при
сварке металлов. Слои основного металла, которые не подверглись нагреванию
и сохранили жёсткость, не дают укорачиваться металлу околошовной зоны. А слои
металла в околошовной зоне, в свою очередь, стремятся смять металл, расположенный
рядом сними.

Сложная картина напряжений и деформаций внутри металла при сварке ещё более
усложняется при выполнении пересекающихся швов, или в случае выполнения предварительного
подогрева, или при закреплении свариваемых изделий. В результате, металлоконструкции
после сварки деформируются, изгибаются, коробятся. И происходит это задолго
до воздействия на них эксплуатационных нагрузок. Далее рекомендуем ознакомиться
со статьёй: "Виды
деформаций и напряжений при сварке", которая является продолжением
темы деформаций при сварке.


Источник

Author: serj