СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

ОБЩИЕ ДАННЫЕ

1. Деформации и напряжения, возникающие в результате

сварки

При выполнении сварки свариваемые детали деформируются, причем некоторые деформации сохраняются и после окончания сварки и полного остывания изделия. В соответствии с измене­нием деформаций деталей меняется и их напряженное состоя­ние.

Деформации и напряжения, которые имеют место в процессе сварки, называются временными; деформации и напряжения, остающиеся после окончания сварки и полного остывания из­делия, называются остаточными.

Наибольшее практическое значение имеют остаточные свароч­ные деформации и напряжения, которые в той или иной мере могут отразиться на работе сварной конструкции в процессе зксплоа - тации и на ее прочности.

Однако для определения остаточных деформаций и напря­жений необходимо знание временных деформаций и напряжений, возникающих в процессе сварки. Таким образом, для того чтобы можно было не только знать величину и характер сварочных деформаций и напряжений, но и уметь управлять ими, необхо­димо знать механизм возникновения и развития деформаций и напряжений при сварке.

Деформации, возникающие при сварке, имеют весьма сложный характер. В первом приближении об основных видах деформа­ций можно составить некоторое представление, если предполо­жить, что деформации при сварке вызваны только укорочением длины и уменьшением ширины шва. Тогда, при наплавке валика на полосу, последняя под действием валика укоротится (рис. 1 ,'а). Полученные деформации отдельных продольных волокон полосы являются продольными деформациями. Соответственно при сварке встык двух полос (швом постоянной ширины по тол­щине полос) возникнут поперечные деформации (рис. 1,6). Эксцентричное положение наплавленного валика (например, на кромке полосы — рис. 1, в) приведет к деформациям изгиба в плоскости полосы, а переменная по толщине ширина шва (рис. 1, г) —к угловым деформациям, к деформациям из плоскости свариваемых полос.

В общем случае при сварке имеют место одновременно не­сколько видов деформаций. Так, при наплавке валика на полосу будут одновременно иметь место продольные, поперечные и угловые деформации (рис. 1, д).

Однако, давая возможность получить представление о тех элементарных видах деформаций, из которых складываются

более сложные деформации, сделан­ное выше предположение о том, что деформации определяются только укорочением длины и уменьшением ширины шва, не позволяет определить действительный характер деформа­ций, так как последний определяется не только деформациями шва, но и деформациями свариваемых деталей, которые в процессе сварки подвер-

гаю гея нагреву и последующему остыванию. В результате на­грева и остывания в свариваемых деталях появляются чисто тепловые деформации, в той или иной мере ограничен­ные жесткостью самих деталей, а в металле происходят струк­турные превращения, которые связаны с объемными изменениями и также могут привести к деформациям деталей.

Действительные деформации, являющиеся результатом дей­ствия всех факторов, могут существенно отличаться от тех, *

которые приведены на рис. 1 и определены исходя из упрощен­ного представления о протекающих при сварке явлениях. Так например, вместо укорочения по оси шва сваренных встык по­лос (рис. 2, а) в отдельных случаях можно наблюдать удлине­ние по оси шва и укорочение наружных кромок сваренных по­лос (рис. 2, б)„

Если исходить из упрощенных представлений, принятых в основу построения схем деформаций, представленных на рис. 1, то при сварке тавровых сечений, в которых ось поясных швов совпадает с линией центров тяжести сечений, можно было ожи­дать отсутствия искривлений, тогда как в действительности стенка тавра в этом случае оказывается изогнутой (рис. 2, в).

Одновременное развитие деформаций в разных направлениях приводит к волнистости кромок, подобной показанной на рис.2, г.

В некоторых случаях деформации связаны с потерей устой­чивости свариваемых листов, как это имеет место при сварке тонких листов, когда появляются выпучины (рис. 2, д).

Таким образом, действительные деформации — коробление сварных конструкций — могут быть объединены в две группы деформаций: а) деформации в плоскости свариваемых листов — укорочение и изгиб — и б) деформации из плоскости сваривае­мых листов — выпучины, волнистость и др.

Если развитие деформаций, вызываемых нагревом и струк­турными превращениями, встречает сопротивление, то возникают напряжения, которые в зависимости от вида вызывавших их де­формаций могут быть названы либо тепловыми, либо структур­ными. Тепловые напряжения будут только временными, т. е. действующими лишь во время протекания процесса сварки, если при этом не возникают пластические деформации. .Если в процессе сварки возникли пластические деформации, то после окончания сварки и полного остывания изделия в нем будут иметь место остаточные напряжения.

Сопротивление тепловым и структурным деформациям со­здается жесткостью самих свариваемых листов или различными видами их закрепления. Так, расположение прихваток между двумя свариваемыми листами создает закрепление внутренних кромок этих листов. Защемление наружных кромок свариваемых листов ограничивает свободу деформаций последних, препят­ствуя изгибу листов и поперечному их укорочению при сварке.

Таким образом, в процессе сварки возникают и частично оста­ются после окончания сварки деформации и напряжения, зайи - сяіцие от различных технологических, конструктивных и произ­водственных факторов.

Производившиеся до сего времени теоретические и много­численные экспериментальные исследования касались в основном остаточных деформаций и напряжений.

В настоящей работе делается попытка дать общую теорию сварочных деформаций и напряжений как временных, так и остаточных, установить основные зависимости и закономерности их развития и дать метод их количественного определения.