Остаточные напряжения в сварных соединениях.

Остаточные напряжения, образующиеся во время сварки из-за неравномерного на­грева, линейной усадки и структурных изменений металла, могут вызвать появление трещин в металле шва или в зоне термического влияния при недостаточной пластичности шва и большой жесткости основного металла.

Остаточные напряжения от сварки действуют в конструкции в отсутствии подвижной нагрузки на данную конструкцию. В условиях эксплуатации внешние нагрузки могут суммироваться с внутренними усилиями, представляя опасность для прочности конструкций.

Остаточные напряжения возникают в пластичных сталях из-за образования местных пластических деформаций.

При сварке изделий с небольшой жесткостью суммарные внутренние напряжения вызывают местное или общее коробление (деформацию) свариваемого изделия, иногда настолько изменяя его размеры и конфигурацию, что оно не может быть без правки пригодно к эксплуатации.

Механизм образования остаточных напряжений наглядно можно представить на следующей модели – рисунок 1.

Рисунок 1. Механизм образования остаточных напряжений в металле.

Допущения: будем рассматривать остаточные напряжения в объёме, сопоставимом с размерами элемента.

Имеется металлическая пластина с вырезами. Произведём нагрев её участков на определённые температуры и , причём . После остывания пластины получим эпюру напряжений со значениями и , причём . Аналогичная ситуация возникает в металле при сварке двух и более элементов. После остывания сварного шва в полученной конструкции действуют остаточные напряжения. Эпюра остаточных напряжений представлена на рисунке 2. Эпюра остаточных напряжений является уравновешенной. Максимальное значение остаточных напряжений действует в зоне сварного шва.

Рисунок 2. Остаточные напряжения в свариваемой конструкции.

Остаточные напряжения, действующие в конструкции, влияют на:

• устойчивость элементов;

• выносливость элементов.

Мероприятия по уменьшению напряжений и деформации при сварке. Конструктивные мероприятия.

Уменьшение напряжений:

• применять пластичные свариваемые и присадоч­ные материалы;

• избегать скоплений и пересечений швов, а также швов, образующих замкнутые контуры;

• применять сортамент металла, позволяющий уменьшить количество накладок, косынок и пр.;

• преимущественно применять стыковые швы;

• при сварке металлов разных толщин предусмат­ривать на более толстом металле переходный скос.

Уменьшение деформаций (коробления):

• предусматривать припуски в деталях, учитывающие уменьшение их размеров после сварки;

• проектировать сварные конструкции достаточной жесткости.

Общие конструктивные мероприятия:

• предусматривать изготовление крупных конструкций отдельными узлами;

• уменьшать количество швов, их длину и катет (рационально раскраивать материал, применять прерывистые или точечные швы);

• располагать швы в местах удобных для выполнения;

• проектируя сложные конструкции, предусматривать использование штампован­ных или литых узлов;

• располагать параллельные швы симметрично центру тяжести конструкций;

• располагать ребра жесткости так, чтобы при сварке разогревались одни и те же места основного металла;

• уменьшать, по возможности, угол скоса кромок или сваривать конструкции без разделки кромок;

• для сварки металла большой толщины назначать криволинейную или X-образную разделку;

• назначать выполнение сварки механизированными способами.