Сварочные напряжения и деформации

Неравномерный нагрев свариваемых деталей и металлургические процессы, протекающие в сварном шве, приводят к появлению внутренних (без приложения внешних сил) сварочных напряжений и деформаций в сварных изделиях.

Рассмотрим механизм возникновения сварочных напряжений при стыковом соединении двух пластин.

В случае неравномерного разогрева пластин / и 5 при сварке (рис. 1.7, а) начальная поверхность 2 пластин стремится занять положение 3. Шов и прилегающая к нему зона металла претерпевают необратимую местную пластическую деформацию сжатия. Эта деформация пропорциональна заштрихованной части 4 эпюры деформаций.

Во время охлаждения температурная деформация шва и прилегающей к нему зоны металла ограничена реакцией нижележащих слоев основного металла. Происходит равномерное укорочение пластин (рис. 1.7, б) до положения 6. При этом шов и прилегающая к нему зона металла претерпевают внутреннюю упругопластическую деформацию растяжения, пропорциональную заштрихованной части 7 эпюры деформаций.

Соответствующие упругой деформации растягивающие напряжения «+» в шве и ЗТВ уравновешиваются сжимающими напряжениями «-» в основном металле (рис. 1.7, в). Наблюдаемые внешние деформации заготовок не совпадают с внутренними упругопластическими деформациями после сварки, а их знаки противоположны. Наличие внутренних упругопластических деформаций может привести к возникновению внутренних напряжений, превышающих предел прочности материалов свариваемых заготовок, что вызовет появление холодных трещин.

Для предупреждения появления трещин в сварном шве и ЗТВ необходимо снизить внутренние деформации и напряжения (уменьшить реакцию основного металла на разогретые шов и ЗТВ). Для.

Рис. 1.7. Схема возникновения сварочных напряжений:

а — напряжения и деформации пластин при сварке; б — деформации пластин после охлаждения; в — остаточные напряжения в пластинах (в изделии); /, 5 — свариваемые пластины; 2 — начальная поверхность; 3 — положение, которое стремится занять начальная поверхность; 4, 7 — части эпюр деформаций; 6 — конечное положение начальной поверхности; 8, 9 — эпюры напряжений; Т = f (y) — температурное поле заготовок при нагреве этого снижают жесткость свариваемых заготовок, исключают их закрепление при сварке, предварительно подогревают их или применяют высокий отпуск после сварки.

Если по техническим условиям недопустимо коробление сварного изделия (внешние деформации), то необходимо, наоборот, увеличить жесткость свариваемых заготовок (установка ребер жесткости и мембран) или жестко закрепить заготовки при сварке.