11 Сварочные деформации и напряжения

Процесс сварки имеет множество преимуществ перед другими методами соединения деталей, однако он не свободен от недостатков. Расширение, а затем быстрое сокращение объема металла при сварке сопровождается образованием сварочных деформаций и внутреннихнапряжений. В сварке термин «сварочные деформации» понимают как перемещение отдельных точек конструкции, а не деформацию самого металла, как в теории упругости.

Сразу после сварки или при эксплуатации остаточные напряжения и пластическая деформация металла могут способствовать уменьшению прочности, коррозионной стойкости, жесткости, точности и даже разрушению конструкции. Между тем, правильное построение технологического процесса сборки и сварки, выбор рационального режима, как правило, позволяют избежать чрезмерных деформаций и напряжений. Эта возможность закладывается еще на стадии проектирования сварной конструкции.

По расположению в пространстве внутренние напряжения бывают одноосные, 2-х осные, 3-х осные(объемные).

Расположенные вдоль шва – продольные _X, поперек –поперечные _Y,перпендикулярно к плоскости листа –перпендикулярные _Z.

По характеру воздействия – растягивающие, сжимающие, скручивающие.

По длительности воздействия – временныеили температурные, вызванные неравномер- ным нагревом металла иостаточныеили собственные, остающиеся в металле после остывания и существующие без приложения нагрузок

Для приближенных методов расчета сварочных напряжений используют диаграмму идеально пластичного металла (см. рис. 83).



_Т



Рис. 83. График зависимости напряжений  от деформаций .

Временные деформации– деформации, возникшие и существующие только во время сварки, остаточные – остающиеся после завершения сварки и остывания.Остаточные деформацииимеют особенно важное значение, они, также, как и напряжения, могут быть в плоскости соединяемых элементов (сжатия или растяжения), проявляющиеся в уменьшении размеров соединяемых элементов, деформации «из плоскости» (угловые), проявляющиеся в образовании выпучин (хлопунов), местном изгибе листов, в грибовидном изгибе полок тавровых соединений и т.п. Величина этих деформаций определяется толщиной и свойствами основного металла, режимом сварки, последовательностью наложения швов, конструктивными формами изделия и приспособления для сварки.

Примеры типичных деформаций при сварке приведены на рис. 84… 86.

до сварки до сварки

Угловая деформация при сварке стыков Угловая деформация (грибовидность) при

сварке тавровых соединений.

Рис. 84.

Хлопун при сварке кругового Изгиб оси обечайки при сварке

замкнутого шва тонкостенных деталей продольного шва

Рис. 85.

Уменьшение диаметра при Выпучивание сваренных кромок

сварке кольцевого шва (сталь) при сварке алюминиевых сплавов.

Рис. 86.

Рассмотрим влияние некоторых факторов на величину и характер остаточных напряжений и деформаций и способы их предотвращения.

Хим. состав основного металла и его толщина.

Коэффициент линейного расширения основного металла оказывает существенное влияние на величину остаточных деформацийчем он больше, тем больше деформации. Например, коэффициент линейного расширения нержавеющей стали велик, поэтому велики и коробления при сварке, особенно тонкостенных деталей, и приходится принимать значительные меры по предотвращению и исправлению сварочных деформаций. При увеличении толщины свариваемых деталей деформации снижаются, т.к. повышается жесткость конструкции.

При сварке закаливающихся сталей всегда возникают значительные структурные напряжения, связанные с изменением структуры металла при нагреве и охлаждении. В процессе

эксплуатации изделия под нагрузкой эти напряжения частично могут сниматься, поэтому размеры и формы конструкции могут изменяться со временем, что может значительно ухудшить работоспособность конструкции. Это изменение размеров со временем можно предотвратить термообработкой (отжигом) после сварки с целью выравнивания структуры и снятия сварочных напряжений