9. Классификация напряжений и деформаций

Сварка, как и другие процессы обработки металлов (штамповка, литье, прокатка, волочение, прессование, термическая обработка), вызывает в изделиях собственные напряжения. Собственными называются такие напряжения, которые возникают без приложения внешних сил. В зависимости от причины возникновения различают следующие напряжения:

тепловые, возникающие из‑за неравномерного распределения температуры при сварке;

структурные, появляющиеся вследствие структурных превращений, сходных с закалкой.

В зависимости от времени существования собственных напряжений и деформаций их подразделяют на временные и остаточные. Временные напряжения и деформации существуют в конструкции только в какой‑то момент времени. Если возникшее напряжение не превышает предела упругости, то временные напряжения и деформации исчезают (снимаются) после охлаждения изделия. Остаточные – остаются в изделии после исчезновения причины, их вызвавшей. Эти напряжения и деформации также возникают вследствие неравномерного нагрева, но они слишком велики и могут привести к появлению трещин или разрушению сварного соединения. В некоторых случаях разрушения не происходит, но большие деформации выводят сваренную конструкцию из заданных размеров (рис. 19).

Рис. 19. Основные виды деформаций сварных соединений: а – направление действия продольных и поперечных напряжений; б – деформация стыкового соединения; в – деформация сварной двутавровой балки (цифрами указан порядок наложения сварных швов, стрелками – направления действующих напряжений); г – вид деформированного сварного тавра; f – стрела прогиба

Весь комплекс мероприятий по борьбе с деформациями и напряжениями от сварки можно рассматривать по двум группам:

мероприятия, предотвращающие возникновение напряжений и деформаций или уменьшающие их влияние;

мероприятия, обеспечивающие последующее исправление деформаций и снятие остаточных напряжений.

К первой группе можно отнести такие меры, как выбор правильной последовательности сварки изделия, жесткое закрепление изделия, предварительный обратный выгиб, сопутствующий подогрев, интенсивное охлаждение в процессе сварки, уменьшение количества сварных швов, симметричное расположение ребер жесткости, применение гнутых профилей.

Ко второй группе относится местная проковка металла шва или ЗТВ, правка под действием статической нагрузки, местный нагрев и механическая правка, термическая обработка.

Все перечисленные мероприятия заранее просчитываются конструкторами и технологами, уточняются в процессе изготовления образцов, и только после этого окончательно вносятся в технологические карты.

Окончательно невозможно избавиться от напряжений и деформаций. Удается только снизить их до приемлемых требований технологических документов. Только после многочисленных испытаний (для ответственных конструкций) и обобщающих выводов представляется возможным гарантировать надежность работы сварного узла или конструкции по установленным показателям, например, тележка вагона метро имеет гарантийный срок безаварийного пробега 350 000 км.

Контрольные вопросы:

1. Как классифицируются основные виды напряжений и деформаций?

2. Какие меры применяются по борьбе с деформациями и напряжениями?

3. Каково значение мероприятий по снижению остаточных напряжений и деформаций?