СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Схема определения деформаций и напряжений, вызванных структурными превращениями

Рассмотренный выше метод теоретического определения сварочных деформаций и напряжений может быть применен и для определения деформаций и напряжений, вызываемых струк­турными превращениями.

Рассмотренный выше процесс развития сварочных дефор­маций и напряжений был установлен в предположении отсут­ствия каких-либо изменений структуры основного материала при нагревании и остывании во время сварки. В действительности при тех температурах, которые имеют место при сварке, проис­ходят структурные превращения в стали, сопровождающиеся объемными изменениями. Поэтому в свариваемых деталях могут возникнуть не только тепловые, но и структурные напряжения.

Схема возникновения деформаций и напряжений, вызванных структурными превращениями, может быть представлена в сле­дующем виде. При сварке стали часть сечения нагревается до весьма высоких температур, превышающих температуру точки Лс1(, в то время как остальная часть металла нагревается до

более низких температур.

Изменение объема или линейных размеров отдельных воло­кон, нагревавшихся ниже точки ЛсП( происходит в зависимости 46

от температуры нагрева и остывания, причем эта зависимость между деформациями и температурой близка к линейной и остается одинаковой как для нагрева, так и для остывания.. Изменение объема или линейных размеров волокон, нагревав­шихся выше точки ACt, происходит по более сложному закону. На рис. 31, а приведен график объемных изменений 2, про­исходящих при нагреве и остывании стали в зоне, где темпе­ратура нагрева превосходила точку АСз.

При нагреве до температур ниже точки АСх, при которой начинается образование аустенита, объем стали увеличивается пропорционально температуре. При дальнейшем повышении

температуры после достижения ею точки Асх объем начинает уменьшаться до тех пор, пока не закончится образование аусте­нита. При дальнейшем повышении температуры объем вновь увеличивается пропорционально повышению температуры. При последующем остывании изменение объема происходит по кри­вой, отличной от кривой изменения объема при нагреве. Распад аустенита и связанное с этим увеличение объема происходят при температурах более низких, чем температура конца обра­зования аустенита. При малоуглеродистой стали распад аусте­нита происходит при температурах выше 600°, т. е. тогда, когда основной металл находится в пластическом состоянии и не ока­зывает какого-либо сопротивления объемным изменениям. При этом, очевидно, структурные превращения не вызовут в мало­углеродистой стали каких-либо напряжений. При низколеги­

рованной стали распад аустенита может начаться, в зависимости от скорости остывания, при более низкой температуре с пере­ходом аустенита в мартенсит, образование которого связано с резким увеличением объема. После окончания превращения дальнейшее остывание приводит к пропорциональному темпе­ратуре изменению удельного объема.

Образование мартенсита связано не только с большими объемными изменениями, ограничение которых приводит к на­пряжениям, но и с изменением механических характеристик металла. Так, мартенсит обладает весьма высоким пределом упругости, достигающим в сталях, содержащих 0,3°/0 углерода, 120 кг1, мм2.

В связи с указанным изменением для легированных сталей зависимости между деформациями и температурой, кривые изменения относительных удлинений отдельных продольных во­локон, расположенных в различ­ных расстояниях у от шва, по­лучат несколько измененный вид. На рис. 31, б сплошными ли­ниями показаны кривые относи­тельных тепловых удлинений X для малоуглеродистой стали. Волокна, нагревавшиеся ниже точки Ас, (для рассматриваемого случая—волокна, расположенные на расстоянии. у>.у3), сохранят кривые изменения относитель­ных тепловых деформаций и в случае легированных сталей. Из­менения относительных дефор­маций волокон, расположенных в расстоянии у <3/3 с учетом де­формаций, вызываемых структур­ами превращениями, предста­вятся кривыми, подобными изо­браженной пунктиром на рис. 31, б.

Таким образом, график на рис. 31, б представляет собою основные данные для определения деформаций и напряжений с учетом структурных превращений. Остается в той же после­довательности, как и при обычной стали, построить кривые относительных деформаций для ряда поперечных сечений и по ним определить положение прямых Д, учтя при этом, что для мартенсита следует принимать изменение предела текучести os и соответствующих относительных удлинений в соответ­ствии с графиком, приведенным на рис. 32.

Некоторые данные о влиянии структурных превращений на деформации и напряжения при сварке приведены ниже, в гл. X.