Сварочные напряжения и деформации
Внутренние напряжения в сварных швах и соединениях возникают в результате линейной усадки наплавленного металла, из-за неравномерного нагрева свариваемого металла и из-за изменения объема металла при изменении его структуры.
Во время затвердевания и последующего охлаждения объем металла шва уменьшается — происходит линейная усадка, но так как он уже жестко связан с основным металлом, то его усадка вызывает появление внутренних напряжений. Чем меньше объем наплавленного металла, тем меньше внутренние напряжения и коробление.
Неравномерный нагрев свариваемого металла также вызывает появление внутренних напряжений. При нагреве защемленного участка в нем возникают силы сжатия, а при охлаждении силы растяжения. Величина силы сжатия определяется температурным удлинением при нагреве или, иначе говоря, коэффициентом линейного расширения. Сила сжатия в узле будет равна этому коэффициенту, умноженному на модуль сопротивления и на температуру нагрева. Чем больше нагревается участок жестко закрепленной конструкции, тем больше сила сжатия в нем будет возникать.
При остывании детали в ней возникают силы растяжения, которые при определенных условиях могут разорвать ее.
При нагреве металл меняет свою внутреннюю структуру, что влечет за собой изменение объема. Это изменение объема создает в сварном соединении дополнительные силы сжатия, если объем увеличивается, или дополнительные силы растяжения, если он уменьшается. Подобное явление наиболее часто наблюдается при сварке специальных сталей.
Напряженное состояние (растяжения или сжатия) часто наблюдается при сварке изделий большой толщины, жестких по конструкции. Оно не приводит к разрушению металла и с течением времени уменьшается.
При сварке малопластичных или склонных к закалке металлов напряженное состояние в изделии проявляется в виде трещин, возникающих как в шве, так и в основном металле, прилегающем к сварному шву.
Наиболее часто внутренние напряжения проявляются в сварной конструкции в виде различных короблений, которые деформируют конструкцию и делают ее непригодной для нормальной эксплуатации без правки. Величина внутренних напряжений и короблений в большой степени зависит от способа сварки. Чем медленнее выполняется процесс сварки, чём больше зона разогрева основного металла, тем сильнее будет коробление (рис. 37).
Рис. 37. Виды деформации сварных соединений
а — деформации в результате поперечной усадки наплавленного металла; 6 — деформации от поперечной и продольной усадки наплавленного металла