14.1. Общие сведения. Причины возникновения сварочных напряжений и деформаций

При приложении к какому-либо телу механической нагрузки происходит изменение его формы и размеров — деформация. В твердых телах различают упругую (исчезающую после устра­нения вызвавшего ее воздействия) и пластическую (остающую­ся после удаления нагрузки) деформации.

Под воздействием нагрузки и в зависимости от ее характе­ра внутри материала возникают напряжения сжатия или растя­жения. Напряжение — это величина, выраженная отноше­нием силы к площади, на которую эта сила воздействует. В соответствии с характером напряжений могут происходить дефор­мации удлинения и укорочения.

Возможно возникновение напряжений внутри материала и без приложения внешнего усилия, если по тем или иным при­чинам этот материал испытывает неравномерное термическое воздействие. Напряжения возникают прежде всего вслед гвие того, что материалы обладают свойством изменять свои разме­ры пропорционально изменению температуры.

Если внутренние напряжения в отдельных зонах превосходят называемый пределом текучести уровень, когда начинаются плас­тические деформации, то после устранения причины, вызвавшей эти изменения, и из-за неравномерности пластических деф1 ма - ций в объеме тела останутся напряжения, но изменится ■'ак­тер их распределения. В одних зонах всегда будут напряж - чия растяжения, в других — сжатия. Уравновешивая друг друга эти остаточные напряжения приводят к возникновению остато"ыых деформаций.

Любая сварка связана с неравномерным термомеханичс. ям воздействием на материал (интенсивный нзгрев погранично ю - ны, приложение внешних усилий к заготовкам). В nDC_-:ce сварки все время меняются условия термомеханического вс. гй - ствия на материал в отдельных зонах, поэтому характер распре­деления деформации и напряжений во время сварки также і у - дет меняться (сварочные деформации и напряжения). Эти на­

пряжения могут привести к разрушению материала (горячие трещины) там, где под воздействием термического цикла сварки ослаблена его прочность.

При сварке слои материала, расположенные ближе к шву, будут стремиться удлиниться больше, чем отдаленные от него. Но более холодные слои сдерживают это перемещение, что приводит к сжатию сильнее нагретого слоя — он пластически деформиру­ется (укорачивается). При охлаждении этот же слой будет стремиться укоротиться на ту же величину, на которую должен был удлиниться при нагре­ве в том случае, если бы это происходило свободно. Од­нако соседние слои, так же, как и в предыдущем случае, препятствуют осуществле­нию этих перемещений в полной мере, поэтому ох­лажденный слой оказыва­ется растянутым, а сосед­ние — сжатыми. Это явле­ние и является одной из главных причин появления остаточных напряжений и деформаций. Под воздей­ствием остаточных напря­жений могут происходить локальные разрушения в зоне соединений (холодные

трещины) или даже общее разрушение сварной конструкции сразу же после охлаждения либо спустя какое-то время.

Другой причиной появления остаточных напряжений и де­формаций могут быть сопровождающиеся изменением объема изменения в структуре материала. Поскольку они неравномерны по объему свариваемой заготовки, так как происходят под воз­действием термического цикла сварки, это приводит к появлению остаточных напряжений.

С ростом температуры снижается предел текучести материа­ла (рис. 14.1), что облегчает осуществление пластических дефор­маций в нагретых зонах.

Возникновение напряжений приводит к изменениям формы изделия Если эти изменения велики и недопустимы, то их умень­шают термическим, механическим или термомеханическим спо­собом. Процесс сварки организуют так, чтобы использовать за­кономерности появления напряжений

технологических приемов снизить или устранить деформации.

д)

На рис. 14.2, а...д показаны виды сварочных деформаций некоторых конструкций.