Напряжения и деформации при сварке

Высокотемпературный нагрев элементов конструкций при сварке вызывает появление в них напряжений и деформаций, которые существенно затрудняют производство сварных конструкций и ухудшают их качество. С целью снижения сварочных напряжений и деформаций используются специальные приемы, соответствующим образом строится процесс сборки и сварки конструкций.

Остаточные напряжения и деформации разной степени возникают при структурных превращениях металла в зоне термического влияния сварного соединения. Возникновение такого состояния обусловлено тем, что в металле появляются участки с ярко выраженными измененными объемами, например, мартенситное превращение сопровождается значительным увеличением объема. Такое местное изменение объема металла при сохранении объемов рядом расположенных участков и приводит к возникновению внутренних структурных напряжений.

Величина и распределение напряжения и деформации при сварке зависят от многих факторов, в том числе от жесткости свариваемой конструкции и толщины металла. При сварке тонкого листа (до 5 — 6 мм) проявляются преимущественно большие деформации, а напряжения малы. Сварка металла средней толщины (до 16 — 20 мм) сопровождается также существенными деформациями, при этом с увеличением толщины в большей степени начинают проявляться сварочные напряжения. При сварке толстого металла (более 16 — 20 мм) основным фактором является возникновение значительных напряжений, деформации при этом невелики.

Классификация напряжений и деформаций при сварке. Возникающие при сварке напряжения относятся к разряду собственных напряжений, т. е. напряжений, существующих в конструкциях при отсутствии внешних нагрузок. Такие напряжения образуются не только при сварке, но и при других технологических процессах: прокатке, гибке, шлифовании, резании. Собственные напряжения двухзначны: растягивающие усилия всегда (в пределах части или всей конструкции) уравновешиваются сжимающими усилиями. Собственные сварочные напряжения классифицируются по следующим признакам:

1. по времени существования — временные сварочные напряжения, существующие лишь в определенный момент времени нестационарного процесса нагрева и остывания, и остаточные сварочные напряжения, остающиеся после полного остывания конструкции;
2. по направлению действия напряжений — напряжения продольные, направленные параллельно оси сварного шва, и поперечные, направленные перпендикулярно оси шва.