9 Деформации и напряжения при сварке и методы борьбы с ними

Неравномерный нагрев металла при сварке и его расширение вызывают появление собственных деформаций и напряжений. В отличие от напряжений создаваемых рабочими нагрузками, собственные деформации и напряжения существуют в теле при отсутствии внешних сил.

Собственные напряжения классифицируют в зависимости от причин их образования, продолжительности существования, характера напряжённого состояния и объема их взаимного уравновешивания.

Деформации металла могут быть упругие и пластические. Упругие деформации пропорциональны действующим напряжениям. Кроме напряжений и деформаций, характеризующих состояние отдельных объемов металла, при сварке возникают перемещения, характеризующие изменение положения точек сварной конструкции в пространстве. Это - укорочение, изгиб, поворот сечений, потеря устойчивости листовых элементов и др. Перемещения позволяют судить об изменении формы конструкции и о величине возникающих искажений. Деформации и перемещения могут быть временные и остаточные.

Внутренние напряжения умень­шают прочность сварной конструк­ции. Кроме того, если сварной шов нагружен внешними силами, то внут­ренние напряжения, накладываясь на напряжения от внешних сил, снижают запас прочности конструкции, а в не­которых случаях могут вызвать ее разрушение. Для уменьшения внут­ренних напряжений и деформаций применяют ряд технологических мер и приемов наложения сварных швов. Большое значение имеют правильный выбор конструкции изделия, располо­жение сварных швов, последователь­ность их выполнения и режимы сварки.

Для устранения деформаций и напряжений, которые образуются после сварки, предусмотрен ряд мероприятий. Это мероприятия до сварки, во время сварки и после сварки. Однако из всего комплекса мероприятий нужно использовать те, которые не будут идти во вред основному назначению сварной конструкции. Так при сварке коррозионно-стойких сталей не допускается повреждение поверхности стали и швов, поэтому те меры, которые этому способствуют (проковка, прокатка, проколачивание) нежелательны. В случае нанесения повреждений металл необходимо зачистить и отполировать.

Наиболее эффективным способом полного сня­тая напряжений является термическая обработка, кото­рой довольно часто подвергают сварные изделия из ле­гированных сталей.

Для снятия напряжений назначается высокий отпуск. При такой термической обработке сварочные напряжения снимаются за счет того, что при нагреве предел текучести материала сильно падает и при температуре не ниже 800° С ввиду повышенной прочности аустенитной стали, сохраняющейся при высоких температурах, бли­зок к нулю; поэтому материал не оказывает сопротивле­ния пластическим деформациям, благодаря чему внутрен­ние остаточные напряжения полностью исчезают.

Проведенные исследования показали, что применение термической обработки сварных изделий может быть рекомендовано, когда необходимо исключить искажение формы сварных конструкций после механической обра­ботки и в процессе эксплуатации вследствие перераспре­деления напряжений и пластических деформаций.