Сварочные работы: Практическое пособие для электрогазосварщика

Классификация напряжений и деформаций

Сварка, как и другие процессы обработки металлов (штамповка, литье, прокатка, волочение, прессование, термическая обработка), вызывает в изделиях собственные напряжения. Собственными называются такие напряжения, которые возникают без приложения внешних сил. В зависимости от причины возникновения различают следующие напряжения: тепловые, возникающие из-за неравномерного распределения температуры при сварке; структурные, появляющиеся вследствие структурных превращений, сходных с закалкой. В зависимости от времени существования собственных напряжений и деформаций их подразделяют на временные и остаточные. Временные напряжения и деформации существуют в конструкции только в какой-то момент времени. Если возникшее напряжение не превышает предела упругости, то временные напряжения и деформации исчезают (снимаются) после охлаждения изделия. Остаточные - остаются в изделии после исчезновения причины, их вызвавшей. Эти напряжения и деформации также возникают вследствие неравномерного нагрева, но они слишком велики и могут привести к появлению трещин или разрушению сварного соединения. В некоторых случаях разрушения не происходит, но большие деформации выводят сваренную конструкцию из заданных размеров (рис. 19).

Рис. 19. Основные виды деформаций сварных соединений: а - направление действия продольных и поперечных напряжений; б - деформация стыкового соединения; в - деформация сварной двутавровой балки (цифрами указан порядок наложения сварных швов, стрелками - направления действующих напряжений); г - вид деформированного сварного тавра; f - стрела прогиба

Весь комплекс мероприятий по борьбе с деформациями и напряжениями от сварки можно рассматривать по двум группам: мероприятия, предотвращающие возникновение напряжений и деформаций или уменьшающие их влияние; мероприятия, обеспечивающие последующее исправление деформаций и снятие остаточных напряжений. К первой группе можно отнести такие меры, как выбор правильной последовательности сварки изделия, жесткое закрепление изделия, предварительный обратный выгиб, сопутствующий подогрев, интенсивное охлаждение в процессе сварки, уменьшение количества сварных швов, симметричное расположение ребер жесткости, применение гнутых профилей. Ко второй группе относится местная проковка металла шва или ЗТВ, правка под действием статической нагрузки, местный нагрев и механическая правка, термическая обработка. Все перечисленные мероприятия заранее просчитываются конструкторами и технологами, уточняются в процессе изготовления образцов, и только после этого окончательно вносятся в технологические карты. Окончательно невозможно избавиться от напряжений и деформаций. Удается только снизить их до приемлемых требований технологических документов. Только после многочисленных испытаний (для ответственных конструкций) и обобщающих выводов представляется возможным гарантировать надежность работы сварного узла или конструкции по установленным показателям, например, тележка вагона метро имеет гарантийный срок безаварийного пробега 350 000 км.