ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ СВАРКЕ

 

Основные причины возникновения внутренних напряжений

 

и остаточных деформаций в сварных соединениях и конструкциях следующие:

1. Неравномерное нагревание металла. Все металлы при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Процессы сварки плавлением характеризуются местным нагревом металла и последующим охлаждением с образованием неравномерного температурного поля в сварном соединении. Следовательно, в свариваемой детали возникают сжимающие и (или) растягивающие термические внутренние напряжения. Их величина зависит от физических свойств металла, размеров нагретой зоны и градиента температуры. При сварке конструкции возможность её свободного перемещения в процессе нагрева и охлаждения ограничена, что увеличивает уровень термических напряжений, величина которых может значительно превышать уровень напряжений, возникающих при нагревании свободно изменяющей размеры конструкции. При этом в процессе расширения нагревающейся жёстко закреплённой конструкции возникают сжимающие внутренние напряжения, при последующем охлаждении в процессе укорочения её возникают растягивающие напряжения. Если величина внутренних напряжений превысит предел текучести металла _т, в конструкции произойдет изменение формы, то есть появятся остаточные деформации.

 

Аналогичным образом возникают внутренние напряжения

 

и деформации при наплавке, например, валика на кромку металлической пластины (рис. 2, а). Наплавленный валик и нагретая часть пластины будут расширяться и растягивать холодную часть, вызывая в ней деформацию растяжения с изгибом. Сам же валик и нагретая часть пластины будут сжаты, поскольку их тепловому расширению препятствует ее холодная часть. Харак-тер распределения напряжений показан на рис. 2, б. Растягивающие напряжения принято обозначать знаком «+», а сжимающие – знаком «–».

 

 

Рис. 2. Напряжения и деформации при наплавке валика на кромку полосы

 

В результате такого распределения напряжений пластина прогнется выпуклостью вверх. В процессе остывания наплавленный валик и нагретая часть полосы, претерпев пластическую деформацию, будут укорачиваться. Этому укорочению вновь будут препятствовать слои холодной части металла пластины. Теперь уже наплавленный металл и нагревшаяся часть пластины будут стягивать участки холодного металла. Они сожмутся, и пластина прогнется выпуклостью вниз (рис. 2, в), а остаточные напряжения в ней распределятся, как показано на рис. 2, г.

 

Рис. 3. Продольные (1) и поперечные (2) напряжения в сварном соединении

 

2. Литейная усадка наплавленного металла. При охлаждении и затвердевании жидкого металла сварочной ванны происходит его усадка, вследствие чего в основном металле, противодействующем этой усадке, возникают продольные и поперечные внутренние напряжения, вызывающие соответствующие деформации сварного соединения (рис. 3). За счет продольной усадки возникает деформация соединения в продоль-ном направлении относительно оси шва (рис. 1, а и в), а поперечная, как правило, вызывает угловые деформации (рис. 1, б).

3. Напряжения от структурных превращений в металле. При сварке изделий из углеродистых и легированных сталей напряжения возникают при нагреве до критических температур, при которых происходят фазовые превращения с изменением типа кристаллической решётки и образованием фазы, обладающей большим удельным объёмом и другим коэффициентом линейного расширения. Наибольшие напряжения могут возникнуть при сварке легированных сталей, склонных к закалке. В этих сталях при ускоренном охлаждении превращение структур нагрева идёт не с образованием исходной до нагрева структуры, с формированием так называемых закалочных структур, обладающих большим удельным объёмом, более высокой твёрдостью, хрупкостью и пониженной пластичностью. Такие превращения сопровождаются возникновением структурных напряжений, которые в непластичных сплавах могут привести к образованию трещин. Поэтому сварочные напряжения в зака-ливающихся сталях более опасны. Для сварки таких материалов необходимо разрабатывать более сложный технологический процесс, регулируя условия предварительного нагрева и охлаждения после сварки.

 

⇐ Предыдущая12345Следующая ⇒

Поделиться: