СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Причины возникновения напряжений и деформаций при сварке

Неравномерное нагревание металла. Внутренние напряжения возникают в том случае, если свободному расширению и сокраще­нию детали что-либо препятствует. Таким препятствием являются соседние участки металла, оставшиеся более холодными вследствие неравномерного нагрева и потому менее расширившиеся.

Наличие сосредоточенного источника тепла (сварочное пламя, электрическая дуга), перемещающегося вдоль шва с какой-то скоростью и вызывающего неравномерное нагревание металла при сварке, является основной причиной возникновения внутренних напряжений и деформаций в сварных изделиях.

Усадка наплавленного металла. Усадкой называется умень­шение объема металла при его переходе из жидкого состояния в твердое. Явление усадки объясняется тем, что при затвердевании металл становится более плотным, вследствие чего объем его со­кращается. В результате усадки возникают растягивающие напря­жения в соседних частях детали, которые вызывают соответствую­щие им напряжения и деформации. Различные металлы имеют раз­ную усадку, обычно измеряемую в процентах от первоначального линейного размера. Так, например, линейная усадка равна:

%

Для алюминия................................................ 1,7—1,8

» бронзы.................................................. 1,45—1,6

TOC o "1-5" h z » латуни................................................................... 2,06

» меди........................................................................ 2,1

» стали малоуглеродистой литой... 2,0

» чугуна серого литейного 0,7—0,8

Напряжения, вызванные усадкой, возрастают до момента пе­рехода упругих деформаций в пластические. Если металл недоста­точно пластичен, деталь может дать трещину в наиболее слабом месте. Таким местом часто бывает околошовная зона термического влияния. Вследствие усадки и сокращения объема металлла при охлаждении иногда образуются трещины в процессе сварки, назы­ваемые горячими.

При сварке происходит продольная и попереч­ная усадка. Вызываемые усадкой деформации показаны на рис.

55 и 56. Продольная усадка вызывает сокращение длины листов при сварке продольных швов (рис. 55, а). Если центр тяжести по­перечного сечения шва не совпадает с центром тяжести сечения свариваемого элемента, то в результате продольной усадки неиз-

напряжений ей ярки После сварки

l:... .:з

а — деформация, 6 — график распре­деления напряжения: (—) — напряже­ния сжатия, (~f-) — напряжения рас­тяжения, О — центр тяжести попе­речного сечения шва

бежно возникает коробле­ние этих элементов в про­дольном направлении (рис. 55, б, в, г). Поперечная усадка всегда дает короб­ление листов (рис. 56) в Гис. 55. Продольная усадка и вызываемые сторону большего объема

ею деформации: наплавленного металла.

а — пря симметричном, б, ви,-— при нссиммстрич - ПоЭТОМу при ПОПЄРЄЧНОЙ

ном расположении швов относительно центра тя - х Ґ

жести сечения элемента; А/ — деформация от про* уСЗДКЄ ЛИСТЫ ОудуТ КОрО

дольной усадки, в — ширина зоны разогрева, (—-)—■ ^5ит1-,г*я rrpry r

напряжения сжатия, (+) ~ напряжения растяже - ишисм шзерл, в чирину

ния утолщения шва. Если де-

таль закрепить, создав пре­пятствие против деформации от усадки, то в закрепленном уча­стке изделия появятся напряжения.

Величина деформации и связанных с ней напряжений зависит от величины зоны нагрева при сварке. Чем больший объем метал­ла нагревается, тем сильнее будут деформации. Поэтому различ­ные способы сварки дают различную величину деформаций. Боль­
шую величину нагрева и деформации дает газовая сварка кисло­родно-ацетиленовым пламенем, меньшую — дуговая сварка метал­лическим электродом, особенно тонкообмазанным.

Размеры и положение швов также влияют на величину деформа­ций при сварке. Наибольшие деформации вызывают длинные швы, швы с большим сечением, а также швы, расположенные несимметрич­но относительно главных осей сечения свариваемого профиля (рис. 55). Чем сложнее форма детали, чем больше в ней различных швов, тем скорее можно ожидать появления деформаций и напря­жений при сварке. При односторонней наплавке плоских деталей уменьшение глубины и площади проплавления основного металла резко уменьшает коробление изделия.

Искусственное охлаждение детали в процессе сварки умень­шает величину деформации. $

Структурные изменения наплавленного металла. При измене­нии структуры металла происходит изменение размеров и взаимно­го расположения его зерен (кристаллов). Этот процесс сопровож­дается изменением объема металла, что вызывает возникновение внутренних напряжений. Напряжения, возникающие вследствие изменения структуры металла, могут иметь практическое значе­ние только при сварке легированных и высокоуглеродистых ста­лей, склонных к закалке. При сварке обычной малоуглеродистой стали, которая не закаливается, возникающие от изменения струк­туры металла напряжения незначительны и не принимаются в рас­чет при изготовлении сварных конструкций.