Сварочные напряжения и деформации, меры борьбы с ними

В процессе сварки конструкции в ней возникают напряжения в результате неравномерных объемных изменений, вызванных неодинаковым нагревом основного и наплавленного металлов, усадкой расплавленного металла после сварки, структурными изменениями металла из-за быстрого охлаждения, жестким закреплением деталей или изделия в ходе их изготовления. Появление указанных напряжений в сварном соединении может обусловливаться также и изменением растворимости газов, окружающих сварной шов при охлаждении. Эти напряжения в отличие от напряжений, действующих на конструкцию во время ее эксплуатации и вызываемых внешними силами, называют внутренними или остаточными сварочными напряжениями. Внутренние напряжения могут вызвать не только деформацию сварного изделия, но и его разрушение. Величина остаточных сварочных напряжений может достигать предела текучести и даже превосходить его.

Остаточные сварочные напряжения оказывают различное влияние на прочность сварных конструкций в зависимости от вида действующей на них нагрузки, а также от величины и характера распределения этих напряжений. При статической нагрузке остаточные напряжения не оказывают влияния на прочность конструкций только в тех случаях, когда металл сохраняет способность пластически деформироваться. Особенно сильно проявляется действие остаточных напряжений в условиях, способствующих возникновению хрупкого разрушения сварного соединения. Хрупкое разрушение происходит в результате неблагоприятного сочетания трех факторов: концентрации напряжений, остаточных напряжений и температуры.

Чтобы избежать хрупкого разрушения сварного соединения, необходимо воздействовать хотя бы на один из этих факторов. Концентрация напряжений и температура в меньшей степени поддаются изменению по сравнению с остаточными сварочными напряжениями. Поэтому в зависимости от условий работы и назначения сварного соединения проводятся различные мероприятия для перераспределения остаточных напряжений или их полного устранения.

Конструктивные мероприятия. Этой группой мероприятий стараются получить равномерное по сечению Детали распределение напряжений от рабочей нагрузки и остаточных, устранить всевозможные концентраторы напряжений. Для этого сокращают скопление швов в изделии; уменьшают количество наплавленного металла; сводят до минимума число пересекающихся и сближающихся швов, число сварных швов, образующих замкнутый контур; обеспечивают свободные деформации в частях изделия при сварке швов (постановка лишних ребер жесткости, косынок, уменьшающих гибкость изделия, часто приносит вред); ставят симметрично ребра жесткости; применяют по возможности стыковые швы, обеспечивающие наименьшую концентрацию напряжений.

Технологические мероприятия. Наиболее рациональное проведение температурного цикла при сварке, последовательность выполнения сварочных операций, правильное сочетание свойств основного и сварочного материалов, подогрев соединений перед и в процессе сварки, уравновешивание деформаций; использование обратных деформаций, применение специальных приемов сварки существенно влияют на величину образующихся при сварке напряжений.