Напряжения и деформации при сварке, меры борьбы с ними

В процессе изготовления сварных конструкций в них возникают сварочные напряжения и деформации. Сварочные напряжения, превышающие предел текучести металла, вызывают пластическую деформацию последнего, что приводит к изменению размеров и формы изделия, т. е. к его короблению.

Если сварочные напряжения превышают предел прочности, то происходит разрушение сварного шва или соединения, т. е. образуются трещины. Причинами возникновения сварочных напряжений и деформаций являются неравномерное нагревание металла при сварке, литейная усадка расплавленного металла и структурные превращения в металле в процессе его охлаждения.

Различают следующие виды деформаций:

- температурные деформации;

- наблюдаемые деформации, которые характеризуют изменение размеров тела - линейные и угловые;

- внутренние деформации, которые состоят из упругих и пластических деформаций.

При сварке происходят продольная и поперечная усадки расплавленного металла, в результате чего образуются продольные и поперечные внутренние напряжения, вызывающие деформации сварных изделий. Рассмотрим напряжения и деформации на рисунке 12.

Рисунок 12 – Направления действия продольных и поперечных внутренних напряжений

В результате упругих деформаций в изделие появляются сварочные напряжения.

Существует много методов и технологических приемов регулирования и уменьшения напряжений и деформаций, возникающих при сварке.

Способы:

- уменьшению объема металла, участвующего в пластической деформации в процессе сварки, и величины пластической деформации, возникающей на стадии нагрева металла;

- созданию пластических деформации противоположного знака в тех зонах, которые оказались вовлеченными в пластическую деформацию на стадии нагрева, это может быть обеспечено как в процессе сварки, так и после ее завершения;

- использования принципа компенсации возникших пластических деформации, например симметричному расположению швов, возможности свободной усадки, созданию пластических деформации в других зонах, чтобы получить равномерную усадку всего изделия.

Правила борьбы с деформациями и напряжениями:

- при сборке конструкций применять по возможности сборочные приспособления (стяжные  планки, клинья и т.п.), обеспечивающие свободное перемещение свариваемых конструкций от усадки швов;

- прихватки можно применять только для стыков деталей из тонкого металла (3 – 5 мм) и в нахлесточных соединениях;

- следует строго соблюдать размеры притуплений, зазоров и соосность элементов;

- выполнять необходимую последовательность сварки швов; чередование слоев двухстороннего шва: чередование сварки поясных швов балок; строго выполнять последовательность и порядок сварки швов, указанные в типовой технологии или проекте производства сварочных работ;

- не допускать превышения величины тепло вложения в шов (увеличения силы сварочного тока по сравнению с рекомендуемой для электродов применяемого типа и диаметра);

- использовать жесткое закрепление деталей перед сваркой для уменьшения их деформаций (если это предусмотрено технологической запиской или инструкцией) с помощью прихваток или приспособлений; использовать вибрацию конструкций в процессе сварки для уменьшения деформаций и напряжений;

- при сварке пластических сталей и металлов использовать проковку слоев шва непосредственно за сваркой (если это предусмотрено технологической запиской);

- использовать предварительный обратный выгиб листовых деталей (стенок и полок балок, листов корпуса резервуаров и др.) для предупреждения угловой деформации;

- при сварке листовых резервуарных конструкций (днищ и корпусов) сперва сваривать стыки  между листами, а потом стыки между полосами или поясами, при обратном порядке не исключены появление трещин в местах пересечений швов, а также увеличение коробления конструкций;

- в необходимых случаях применять предварительный и сопутствующий подогревы;

- применять в необходимых случаях общую или местную термическую обработку сварных соединений.

Из перечисленных способов снижения напряжений и деформаций обязательными для сварщика являются правила, указанные в п.п. 2, 3 и 7, остальные следует применять по указанию руководителя сварочных работ или если они предусмотрены техническими условиями, а также другими технологическими документами.