§ 32. Напряжения и деформации при сварке

1. Значение напряжений и деформаций в сварных конструкциях.

Появление в деталях и конструкциях сварочных, или внутренних напряжений опасно, так как они складываются с напряжениями, возникающими от приложения внешних усилий, и могут превышать допустимые. Тогда в сварных швах или околошовных участках могут возникнуть трещины, которые иногда приводят к разрушению сварной детали или конструкции.

Деформации или коробление, большие допустимых! требуют последующей правки или механической обработки, что значитель­но усложняет изготовление сварных конструкций и снижает эко­номичность лрименения сварки.

2. Причины возникновения напряжений и деформаций следу­ющие: неравномерный нагрев основного металла; литейная усадка сварного шва и изменения объема металла в зоне термического влияния при структурных превращениях.

Неравномерный нагрев основного металла вызван нагревом до высоких температур только той его части, которая граничит со сварным швом. Свободному изменению ее объема препятствуют соседние, более холодные участки, вследствие чего в нагреваемых участках возникают напряжения сжатия, а в холодных — напря­жения растяжения. Достигнув предела текучести, что, как правило, и происходит при сварке, нагретые участки подвергаются пласти­ческим деформациям. При охлаждении металла в этих'зонах возни­кают остаточные или внутренние напряжения растяжения, которые способствуют появлению в сварных изделиях деформаций или ко­роблений.

Литейная усадка металла шва может быть продольной и попе­речной. Примером продольной может служить усадка, возни­кающая при сварке встык двух листов большой длины. При сварке вследствие продольной усадки уменьшается зазор между кромками листов. Когда они сходятся впритык, то при неболь­шой толщине листов начинают наползать один на другой (рис.

V.36,a).

Примером поперечной усадки может быть сварка встык листов с V-образным раскрытием кромок. Поскольку объем наплавленного металла с щирокой стороны шва больший, то и усадка здесь будет большей. Поэтому листы после сварки деформируются так, как это показано на рис. V.36,6.

Изменение объема металла из-за структурных превращений происходит в зоне термического влияния главным образом при сварке металлов, склонных к закалке. Напряжения, возникающие При этом, могут быть столь значительными, что часто именно они являются причиной образования трещин при сварке деталей из этих металлов.

3. Способы уменьшения напряжений и деформаций — предва­рительный подогрев детали, а после сварки — отжиг или норма­лизация. Есть и другие способы.

и

5

в

г

Обратно - ступенчатый шов

к

а

5 ,1

ils

в

е

Ж

3

Непрерывные/ шоб

и

Рис. V.36. Виды деформаций сварных изделий и некоторые способы их сни-

жения

Предварительный подогрев уменьшает разность температур между ненагретым и нагретым до высоких температур основным и расплавленным присадочным металлом и снижает внутренние напряжения. Температура подогрева определяется свойствами металла. Так, при сварке различных сталей она составляет 100... 600 °С, сварке чугуна — 400...650°С, алюминия — 250...270 °С, бронзы — 300...400 °С. Подогрев может быть общим и местным:

Отжиг после сварки снимает внутренние напряжения и повы» шает пластичность сварных швов. Стали, склонные к закалке, иногда отпускают после сварки при температурах 200...300 °С. Этим снимают напряжения от структурных превращений.

Для уменьшения деформаций применяют такие методы: обрат- ных деформаций, уравновешивания и равномерного распределе­ния деформаций, жесткого закрепления и другие.

Метод обратных деформаций состоит в том, что детали перед - сваркой устанавливают с учетом последующей деформации (рис.

5. 36, в) или деформируют в обратном направлении (рис. V. 36,г) на величину деформации, которую создает сварка.

Уравновешивание деформаций применяют при сварке Х-образ- ных (рис. V.36,d) или тавровых (рис. V.36,e) соединений, а также при сварке труб, наплавке валов (рис. У.36,яе) и других деталей. При указанном (цифрами) на рисунках чередовании наложений последующие швы создают деформации, обратные тем, которые возникли в предыдущих. В результате такой метод сварки значи­тельно уменьшает деформации.

Равномерное распределение деформаций достигают делением длинных швов на отдельные короткие участки, которые сваривают обратноступенчатым методом (рис. У.36,з). В этом случае деформа­ция, образующаяся при непрерывной сварке (рис. У.36,м), равно-

мерно распределяется по всей длине шва и становится незначитель­ной (рис. V.36

Жесткое закрепление обычно используют, сваривая сложные детали. Тогда применяют специальные приспособления.

Десткое закрепление препятствует короблению деталей тогда, когда усилия, возникаюдие при сварке, вызывают пластическую деформацию нагретого металла. По окончании сварки, несмотря на большие внутренние напряжения, деформация не может сильно возрасти, так как вся система становится достаточно жесткой. Для снятия внутренних напряжений применяют отжиг.