6. Неравномерные по толщине пластические деформации

Неравномерные по толщине поперечные пластические деформации образуют угловые перемещения сварного соединения.

При проплавлении целой пластины или выполнения таврового шва угол β зависит от H/S.

При малой глубине провара не приваренная часть сопротивляется усадке проваренной части (пунктирная линия на Рис. 9 .87). При H/S близком к единице распределение температуры достаточно равномерно по толщине. В обоих случаях уголβмал. Характер зависимостиβ (H/S) показан на Рис. 9 .87

Рис. 9.87 Зависимость величины угловых деформаций от глубины провара.

7. Сдвиговые деформации

Сдвиговые деформации γ_xyобразуют в сварном шве смещенияхвдоль оси шва. При сварке в зоне нагрева точки свариваемых пластин перемещаются в направлении осих.

Впереди источника нагрева они движутся в одном направлении с ним, а позади него - в противоположном. Максимальны перемещения Uу кромок, они быстро убывают с увеличением координатыY.

Рис. 9.88 Перемещения впереди источника теплоты при его движении по середине пластины (а) или по краю (б)

При прочих равных условиях Uзависит от погонной энергии, вводимой в каждую из свариваемых пластин.

Интерес представляет то обстоятельство, что при одинаковых температурных полях максимальные перемещения при вводе тепла в край U_kв 1,5 раза больше, чем максимальное перемещениеU_ссередины пластины (Рис. 9 .88 а,б). Такое явление обычно наблюдается при сварке нахлесточных или тавровых соединений.

Разница между U_kиU_сможет быть еще больше, если больше тепла вводится в привариваемый лист чем в полку.

При выполнении нахлесточных и тавровых соединений разница в перемещении:

( 9.7)

зафиксируется швом и сохранится как остаточная. Привариваемые ребро или нахлёстка переместятся после полного остывания в направлении сварки. Значение хпри сварке металла толщиной 5-10мм составляет несколько десятых долей миллиметра, но может быть и более миллиметра при сильном разогреве привариваемого элемента.

8. Деформации элементов при сварке стыковых соединений с зазором

Сварка стыкового соединения может производиться без прихваток, как с зазором между пластинами, так и без него. Типичным примером сварки с зазором является электрошлаковая сварка. В общем случае в процессе сварки пластин с зазором возникает одновременно несколько видов перемещений.

1. Изгиб полос от неравномерного нагрева их по ширине.Распределение температур Т по ширине пластины показано на Рис. 9 .89. Изгиб приводит к раскрыванию сварочного зазора.

2.Перемещения, вызываемые остыванием пластин в заваренной части шва.Сокращение зоны термического влияния в поперечном направленииO_yприводит к поступательному сближению пластин, а главное — к их повороту, который вызывает закрывание зазора.

Рис.9.89 Изгиб полос от неравномерного нагрева по ширине

3. Перемещения, вызываемые изменением объема металла при его структурных превращениях в процессе сварки.Они могут как открывать, так и закрывать зазор при сварке. Сочетание трёх перечисленных выше видов перемещения могут создавать самые разнообразные изменения зазора в процессе сварки.

Предотвратить поступательное сближение при электрошлаковой сварке закреплением пластин или их скреплением между собой практически невозможно из-за громадных сил усадки, возникающих в свариваемых пластинах.

Структурные превращения типа сопровождаются уменьшением объема металла, а обратные— увеличением объема. В процессе сварки, на стадии нагрева металла, между изотермамиA_C1иA_C3(Рис. 9 .90) в зоне ширинойlпроисходят структурные превращения.Через некоторое время в той же зоне в интервале температур отТ_н доТ_кидет процесс. В заштрихованной зоне объем металла увеличивается. Пока заштрихованная зона находится в начальной части шва — до середины заваренной части, ее расширение приводит к закрыванию сварочного зазора.

Рис. 9.90 Зоны структурных превращений при сварке

Когда же заштрихованная зона становится ближе к месту сварки, чем к началу шва, поворот пластин от ее расширения будет открывать сварочный зазор.

В сталях с высокой степенью легирования, у которых Т_ниТ_книзкие, ah_свелика, процесс закрывания зазора обычно продолжается, пока длина шваhне превысит 1,5 м.

В низкоуглеродистых и низколегированных сталях, таких, как стали 20 или 20ГС, открытие зазора начинается уже при h=0,6..0,7м.

Изменение величины зазора приводят к изменению формы шва. При электрошлаковой сварке изменение зазора ведёт к изменению режима-скорости сварки и соотношения между основным металлом и прилегающим при формировании шва. Может привести к короткому замыканию между изделием и мундштуком (при раскрытии). Причем предотвратить изменение зазора закреплением, как правило, не удаётся, из - за ограниченных возможностях в толстостенных деталях.