4.6. Влияние остаточных напряжений и деформаций на форму и размеры сварных конструкций. Способы уменьшения остаточных напряжений и деформаций

Возникновение собственных свароч­ных напряжений (т. е. без приложения внешних сил) связано с неравномер­ностью температурного поля при свар­ке. Вследствие неравномерного разо­грева заготовки при сварке температурные деформации шва и з. т. в. ограничиваются в результате сопротивления менее нагретых зон ос­новного металла.

Вместо удлинения отдельных слоев свариваемого металла в соответствии с зависимостью +α_ТТ (α_т — темпера­турный коэффициент металла; Т—максимальная температура нагрева слоя) происходит равномерное удлинение всей свариваемой пластины, в резуль­тате чего грань пластины 1 в момент максимального разогрева занимает по­ложение 2. Поэтому шов и прилега­ющая к нему зона металла при нагреве претерпевают местную пластическую деформацию сжатия, пропорциональ­ную заштрихованной площади 3. Таким образом, к началу охлаждения эти зоны оказываются укороченными. После охлаждения и обратной температурной деформации они должны были бы занять положение в соответствии с за­висимостью — α_тТ. Однако их температурная деформация снова ограничивается реакцией основного ме­талла. В результате происходит рав­номерное укорочение всей пластины, и грань пластины 1 занимает положе­ние 4. Поскольку шов и зона термичес­кого влияния связаны с основным ме­таллом, они претерпевают внутреннюю упругопластическую деформацию рас­тяжения, пропорциональную заштрихо­ванной площади 5. Соответствующие упругой деформации растягивающие напряжения ( + ) в шве и з. т. в. урав­новешиваются сжимающими напряже­ниями ( —) в основном металле.

Внешние наблюдаемые деформации сварных заготовок (например, укороче­ние пластины после сварки, соответст­вующее перемещению ее грани 1 в по­ложение 4) не совпадают с внутрен­ними упругопластическими деформаци­ями, а их величины противоположны: чем больше внешние деформации, тем меньше внутренние деформации. Вели­чина и знак собственных сварочных напряжений определяются внутренними деформациями.

Снижение внутренних деформацийи напряжений — один из путей пред­упреждения трещин. Для этого необ­ходимо уменьшить реакцию основного металла на разогреваемые до высоких температур шов и з. т. в. Следует уменьшить геометрическую жесткость свариваемых заготовок, исключить их закрепление при сварке, а также при­менить предварительный подогрев для выравнивания температур по объему заготовки. Сварочные напряжения сни­маются также после сварки высоким отпуском. В то же время методы снижения внутренних деформаций и на­пряжений (кроме отпуска) приводят к увеличению внешних деформаций сварной заготовки. Для устранения по­следних, наоборот, необходимо увели­чение жесткости заготовок (постановка ребер, мембран и т. п.), или закреп­ление их при сварке. Выбор условий сварки определяется тем, что в данном случае опасней — трещины или короб­ление заготовки.

4.2. Понятие о свариваемости и ее показателях. Способы повышения качества сварных конструкций.

Свариваемость—свойство металла или сочетания металлов образовывать при установленной технологии сварки сварные соединения, отвеча­ющие требованиям, обусловленным кон­струкцией и эксплуатацией изделия. В зависимости от того, удовлетворяет ли сварное соединение предъявляемым требованиям, свариваемость может быть достаточной или недостаточной. Безотносительно к виду конструкции и ее назначению свариваемость матери­алов оценивают степенью соответствия заданных свойств сварного соединения одноименным свойствам основного ме­талла и их склонностью к образованию таких сварочных дефектов, как трещи­ны, поры, шлаковые включения и др. По этим признакам материалы раз­деляют на хорошо, удовлетворительно, ограниченно и плохо свариваю­щиеся.

Свариваемость материалов в основ­ном определяется типом и свойствами структуры, возникающей в сварном соединении при сварке. При сварке однородных металлов и сплавов в ме­сте соединения, как правило, образуется структура, идентичная или близкая структуре соединяемых заготовок. Про­чность соединения определяется внутри-кристаллическими связями, и свариваемость оценивается как хорошая или удовлетворительная.

При сварке разнородных материалов в зависимости от степени их взаимной растворимости в твердом состоянии в соединении образуются твердые рас­творы, химические и интерметаллидные соединения или смесь зерен соединя­емых материалов. В этих случаях про­чность соединения обеспечивается сцеп­лением по границам частиц и зерен. Механические и физические свойства соединений могут существенно отли­чаться от свойств свариваемых ма­териалов. При этом высока вероя­тность образования несплошностей в виде трещин и несплавлений. Сва­риваемость оценивается как ограни­ченная или плохая.

В зависимости от состояния металла в зоне соединения и использования внешних усилий различают способы сварки плавлением и давлением. Сварка плавлением осуществляется местным сплавлением соединяемых частей без приложения давления (виды сварки: ду­говая, плазменная, электронно-лучевая, лазерная, электрошлаковая, газовая и др.). Сварка давлением осуществляет­ся с применением давления за счет пластической деформации свариваемых частей при температуре ниже темпера­туры плавления (виды сварки: холодная, контактная, ультразвуковая, диффузион­ная, трением, взрывом и др.).