2. Возникновение напряжений и деформаций при сварке. Влияение остаточных напряжений и деформаций на форму и размеры сварной конструкции.

Возникновение собственных сварочных напряжений (т. е. без приложения внешних сил) связано с неравномерностью температурного поля при сварке. Вследствие неравномерно-го разогрева заготовки при сварке температурные деформа-ции шва и з. т. в. ограничиваются в результате сопротивле-ния менее нагретых зон основного металла.

Вместо удлинения отдельных слоев свариваемого металла в соответствии с зависимостью +αТТ (αт — температурный коэффициент металла; Т—максимальная температура нагре-ва слоя) происходит равномерное удлинение всей сваривае-мой пластины, в результате чего грань пластины 1 в момент максимального разогрева занимает положение 2. Поэтому шов и прилегающая к нему зона металла при нагреве пре-терпевают местную пластическую деформацию сжатия, пропорциональную заштрихованной площади 3. Таким образом, к началу охлаждения эти зоны оказываются укоро-ченными. После охлаждения и обратной температурной деформации они должны были бы занять положение в соот-ветствии с зависимостью — αтТ. Однако их температурная деформация снова ограничивается реакцией основного ме-талла. 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 упруго-пластическую 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, соответст-вующее перемещению ее грани 1 в положение 4) не совпа-дают с внутренними упругопластическими деформациями, а их величины противоположны: чем больше внешние дефор-мации, тем меньше внутренние деформации. Величина и знак собственных сварочных напряжений определяются внутренними деформациями. Снижение внутренних деформаций и 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 гео-метрическую жесткость свариваемых заготовок, исключить их закрепление при сварке, а также применить предвари-тельный 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 заго-товки. 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. 43

Процесс возникновения сварочных напряжений при свар-ке пластин встык: T=f(y) – распределение температуры по оси Oy; x=f(x) и y=f(y) – распределение остаточных про-дольных напряжений по ося Ox и Oy соответственно.

44