ТКМ раздаточный материал / Лекции раздаточный материал / 4 Раздаточный материал лекции Сварка / 6 Влияние температурного поля на свойства сварного соединения

КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ

I. Классификация сварочных напряжений

1. Продолжительность существования сварочных напряжений

В зависимости от продолжительности существования сварочные напряжения разделяются на временные и остаточные.

Временные напряжения образуются в период выполнения сварки в условиях неравномерного температурного поля источника теплоты. После выравнивания температур различных участков сварного соединения временные напряжения исчезают, если они не превышают предела текучести металла, или же переходят в остаточные, в случае достижения или превышения предела текучести. При сварке, как правило, временные напряжения превышают предел текучести металла, и в сварном соединении образуются сварочные остаточные напряжения, сохраняющиеся после сварки. При этом остаточные напряжения в любом сечении, полностью пересекающем тело, всегда уравновешены.

2. Объем распределения сварочных напряжений

В зависимости от объемов распределения сварочных напряжений различают:

- напряжения первого рода, действующие в макрообъемах, соизмеримых с размерами изделия или отдельных его частей;

- напряжения второго рода, действующие в пределах одного или нескольких кристаллов (зерен) металла;

- напряжения третьего рода, действующие в пределах кристаллической решетки.

Напряжения второго и третьего рода не имеют определенной ориентировки относительно координатных осей

3. Пространственное расположение сварочных напряжений первого рода (рис. 39С)

Рис. 39С. Схемы напряженного состояния

а – линейное (одноосное) напряженное состояние; б – плоское (двуосное) напряженное состояние; в - объемное (трехосное) напряженное состояние.

В зависимости от пространственного расположения сварочных напряжений первого рода в изделии напряженное состояние может быть: линейным (одноосным), плоским (двуосным) или объемным (трехосным). При этом делении предполагается, что компоненты напряжений, направленные соответственно по двум или трем осям, соизмеримы между собой. Однако, во многих случаях составляющие собственных объемных напряжений, действующих по одной или двум осям, малы по величине и ими пренебрегают. В этих случаях условно считают собственные напряжения соответственно плоскостными (сварка тонких листов) или одноосными (сварка стержней).

4. Направление действия сварочных напряжений относительно координатных осей (рис. 40С)

Рис. 40С. Классификация сварочных напряжений (усилий) по направлению действия относительно координатных осей

Продольные сварочные напряжения (усилия) 1 - сварочные напряжения, действующие вдоль продольной оси сварного шва (вдоль оси Х), Обозначаются σх,

Поперечные сварочные напряжения (усилия) 2 – напряжения, действующие перпендикулярно продольной оси шва в плоскости свариваемых элементов (вдоль оси У).

Обозначаются σу.

Сварочные напряжения (усилия), действующие вдоль оси Z (3) называются напряжениями по толщине и обозначаются σz.

5. Причины, вызвавшие появление сварочных напряжений

Сварочные напряжения в зависимости от причин их возникновения разделяются на две группы: тепловые и структурные.

Тепловые напряжения первого и второго рода возникают только вследствие расширения при нагреве и укорочения при охлаждении волокон металла.

Структурные напряжения возникают в дополнение к тепловым на участках сварного соединения, металл которых претерпевает полиморфные превращения на стадиях нагрева и охлаждения в процессе сварки. в результате фазовых превращений, происходящих на участках сварного соединения , так как при переходе некоторых металлов (во время нагрева или охлаждения) из одного структурного состояния в другое объем структурных фаз изменяется. Например, мартенсит обладает меньшей плотностью, чем аустенит, и следовательно характеризуется большим объемом. Поэтому распад аустенита при охлаждении легированных сталей сопровождается расширением того участка, в котором появляется мартенсит, что является причиной образования собственных (внутренних) напряжений

I I. Классификация сварочных деформаций

1. Продолжительность существования сварочных деформаций

По продолжительности существования сварочных деформаций различают временные и остаточные (конечные) деформации.

Временные сварочные деформации возникают в процессе сварки, а после сварки исчезают.

Остаточные (конечные) сварочные деформации устойчиво сохраняются после окончания процесса сварки.

2. Объем изменения размеров и формы изделия

По объему изменения размеров и формы изделия различают общие и местные деформации.

Общие деформации - деформации, приводящие к изменению размеров всего изделия, искривлению его геометрических осей.

Местные деформации – деформации, приводящие к изменению формы и размеров отдельных участков изделия.

3. Направление изменения размеров и формы изделия относительно координатных осей

В зависимости от направления изменения размеров и формы изделия относительно координатных осей различают продольные и поперечные деформации (рис. 41С).

Рис. 41С. Продольные и поперечные сварочные деформации

1 – соединение до сварки; 2 – соединение после сварки; 3 – сварной шов; Х – продольная ось сварного шва; Y – поперечная ось сварного шва.

Продольные деформации (∆пр) – деформации, происходящие по продольной оси сварного шва (вдоль оси Х).

Поперечные деформации (∆п) – деформации, происходящие перпендикулярно продольной оси сварного шва (вдоль оси Y).

4. Взаимное пространственное расположение деформированных элементов изделия

В зависимости от взаимного пространственного расположения деформированных элементов изделия различают сварочные деформации в плоскости и вне плоскости сварного соединения.

4.1. Деформации в плоскости сварного соединения

Деформация в плоскости сварного соединения – продольная и поперечная деформация (рис. 41С).

4.2. Деформации вне плоскости сварного соединения (рис. 42С)

Рис. 42С. Деформации вне плоскости сварных соединений а — угловая деформация стыкового соединения; б - серповидность балки; в — грибовидность полок балки;

f — стрела прогиба балки.

5. Причины, вызвавшие появление сварочных деформаций

Сварочные деформации в зависимости от причин их возникновения разделяются на две группы: тепловые и структурные.

Тепловые деформации связаны с изменением объема вследствие изменения температурного режима.

Структурные деформации вызваны фазовыми превращениями на стадии нагрева и охлаждения сварного соединения (см. Классификация сварочных напряжений)