Напряжения и деформации, возникающие при сварке

Возникающие при сварке напряжения подразделяются на временные и остаточные. Если их значения не превышают предела упругости металла, то после охлаждения места сварки эти напряжения исчезают. Остаточные напряжения полностью не снимаются, так как они связаны со структурными изменениями металла и с локальными пластическими деформациями.

Основными причинами возникновения сварочных напряжений и деформаций являются неравномерное нагревание и охлаждение изделия, литейная усадка наплавленного металла и структурные превращения в металле шва и околошовной зоне.

Под влиянием внутренних напряжений, возникающих в процессе сварки, появляются деформации деталей: продольное укорочение, изгиб, скручивание, выпучивание, волнистость, выгиб и т.п.

Чтобы предотвратить или устранить возникающие деформации, предусматривают специальные мероприятия, которые разделяют на конструктивные и технологические.

Конструктивные мероприятия учитывают: назначение по условиям прочности минимального сечения швов (увеличение сечения шва приводит к увеличению пластических деформаций); расположение сварных швов ближе к оси, проходящей через центр тяжести сечения: соблюдения парности швов относительно центра тяжести сечения; предусмотрены припуски на усадку и расширение; предусмотрение ребер жесткости, диафрагм и распоров для усиления устойчивости конструкции; назначение минимального числа сварных швов.

Технологические мероприятия подразделяются на проводимые в процессе сварки и после нее. В процессе сварки следует: назначать оптимальные режимы с целью уменьшения зон разогрева металла; использовать сборочно-сварочные приспособления (кондукторы, зажимы, фиксаторы); соблюдать правильную последовательность наложения швов (при мм варить «на проход», при длине до 600 мм – от середины шва к его концам, так как при сварке от конца к середине появляются поперечные напряжения) производить сварку металла толщиной более 20 мм многослойными швами (при этом температура предыдущего шва. не должна быть больше 100 °С); добиваться, чтобы каждый последующий шов, вызывал деформации, обратные тем, которые возникли при выполнении предыдущего и т.д.

Для устранения остаточных деформаций применяют холодную и горячую правки.

Полное, или частичное снятие внутренних напряжений добиваются с помощью термообработки. Полный отжиг (нагрев до 800-900 °С и охлаждение с печью) позволяет полностью снять напряжение. Низкотемпературный отжиг (нагрев до 600-650 °С) позволяет частично снять напряжение. Хороший эффект получается также при нормализации.

Свариваемость металла

Под свариваемостью подразумевают способность металла после сварки обеспечить надежное в эксплуатации соединение. Свариваемость оценивается сопоставлением свойств сварных соединений и основного металла.

При этом проводятся испытания сварного шва на растяжение, ударную вязкость, на образование кристаллизационных трещин. Свариваемость металла зависит от его химического состава.

Углерод, а также кремний и марганец при их содержании более 1,5% ухудшают свариваемость. Отрицательно влияют на свариваемость также хром, молибден, ванадий и никель.

Свариваемость стали можно оценить по эквиваленту углерода:

Если можно ожидать хорошей свариваемости; если , то свариваемость удовлетворительная. При – свариваемость ограничена, а при больших значениях – плохая и требуется предварительный подогрев деталей до 200°С.