§ 24. СВАРОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ, ДЕФОРМАЦИИ И ИХ КЛАССИФИКАЦИЯ

Сварка, как и другие процессы обработки ме­таллов (штамповка, литье, термическая обработка), вы­зывает возникновение в изделиях собственных напряже­ний. Собственными напряжениями называются напря­жения, которые существуют в изделии без приложения внешних сил. Поэтому в самый начальный период созда - ния сварных конструкций, при их проектировании, не­обходимо считаться с возможностью появления в них значительных остаточмых деформаций и напряжений, которые могут изменить проектные формы и размеры. В тех случаях, когда изменение размеров конструкции выходит за пределы допустимых, приходится применять специаль­ные меры по предотвращению или уменьшению остаточ­ных сварочных деформаций и напряжений Для этого необходимо знать систему их классификаций и основные законы их возникновения. В зависимости от причины, вызвавшей напряжения, различают:

1) ніглопі. и - напряжения, ні. і (м.'ііііімг нграипомсрнмм распределением іемпсратурьі мри сварке,

2) сірукіурпые напряжения, возникающие иследсівие структурных превращении, сопровождающихся переохла­ждением аустенита в околошовной зоне и образованием продуктов закалки мартенсита, объем которого больше объема исходной структуры.

Структурные напряжения не могут существовать при отсутствии тепловых напряжений, тогда как тепловые могут существовать при отсутствии структурных (как, например, в малоуглеродистых сталях).

В зависимости от времени существования собственных напряжений и деформаций различают:

1) временные (переменные) — существующие в кон­струкции лишь в определенный момент времени. Если при этом возникшие напряжения не превысят предела упругости, временные напряжения и деформации исче­зают после охлаждения изделия;

2) остаточные — остаются в изделии после исчезнове­ния причины, их вызвавшей. Эти напряжения и деформа­ции также возникают вследствие неравномерного нагрева. Но при этом в отдельных объемах нагреваемого изделия должны иметь место термопластические деформации или структурные превращения с образованием продуктов закалки.

В зависимости от размеров области, в пределах которой имеют место и взаимно уравновешиваются внутренние напряжения, различают:

1) напряжения первого рода, которые действуют и уравновешиваются в крупных объемах, соизмеримых с размерами изделия или отдельных его частей. Эти на­пряжения могут быть определены экспериментально или расчетным путем;

2) напряжения второго рода — уравновешиваются в микроо'бъемах тела в пределах одного или нескольких зерен металла, не имеют определенной ориентиров­ки и не зависят от формы изделия. Напряжения второго рода определяются рентгеноструктурным ана­лизом;

3) напряжения третьего рода — уравновешиваются в объемах, соизмеримых с“ат"оМНбй'решеткой, и связаны с искажением атомной решетки; возникают они, напри­мер, при образовании растворов внедрения; определяются рентгеноструктурным анализом.

К напряжениям первого рода относятся, как правило, внутренние напряжения, вызванные неравномерным на­гревом и остыванием, либо неравномерной пластической деформацией Поэтому сварочные напряжения и являются напряжениями первого рода. Они более подробно изу­чены и являются предметом рассмотрения в данной главе.

По направлению действия напряжений и деформаций различают продольные напряжения вдоль (параллельно) оси шва — рис. 68 и поперечные напряжения поперек (перпендикулярно) оси шва — рис. 68.

Рис. 68. Направление действия Рис. 69. Различные виды напря - продольных и поперечных на - женного состояния

пряжений

По виду напряженного состояния сварочные напря­жения делятся:

1) на линейные (одноосные), действующие только по одной оси в одном направлении — рис. 69, а

2) плоскостные (двухосные), действующие в двух на­правлениях — рис. 69, б;

3) объемные (трехосные), действующие в трех напра­влениях — рис. 69, в.

В зависимости от изменения при сварке форм и разме­ров детали или изделия различают:

1) деформации в плоскости — проявляются в измене­нии формы и размеров детали или конструкции в их пло­скости. Они могут быть продольными, поперечными и из­гиба;

2) деформации из плоскости (угловая деформация) — проявляются в образовании поперечных или продольных волн, изломов плоскости свариваемых листов или эле­ментов изделия, в грибовидном изгибе пояса при сварке тавровых и двутавровых сечений и других изменениях формы детали. Вопросы напряжений и деформаций при

сварке її ш. ічитольпой мере изучены в работах нроф. д-ра техи. наук II. О. Окерблома. Основные положения теории сварочных деформаций изложены ниже.