Деформации и напряжения при сварке Автор: студент АМ Герасимов Николай Анатольевич Руководитель: Головков Алексей Николаевич Еловский филиал ГБОУ СПО Осинский профессионально-педагогический колледж

Любое силовое воздействие на тело сопровождается возникновением в нем напряжений и развитием деформаций. Помимо напряжений и деформаций, возникающих в деталях под действием приложенных нагрузок, в них могут быть так называемые собственные напряжения и деформации и существующие в телах при отсутствии внешних сил. К ним относятся и сварочные напряжения и деформации, наблюдаемые в свариваемых деталях. В зависимости от продолжительности существования их разделяют на временные, существующие в период выполнения сварки, и на остаточные, устойчиво сохраняющиеся в течение длительного времени после сварки.

Напряжения Напряжением называется сила, отнесенная к единице площади поперечного сечения детали. В зависимости от направления действующих усилий могут возникать напряжения растяжения, сжатия, изгиба среза и кручения. Напряжение, при котором происходит разрушение, называется пределом усталости.

В зависимости от характера и объемов распределения напряжения различают одноосные (линейные), двуосные (плоскостные) и трехосные (объемные), а также напряжения I рода (в макро объемах тела), II рода (в пределах кристаллических зерен металла) и III рода (в пределах кристаллической решетки).

Деформации Деформацией называют изменение размеров или формы тела под действием приложенных к нему сил. Деформации могут быть упругими и пластическими. Если размеры и форма тела восстанавливаются после прекращения силового воздействия, то такая деформация является упругой.

Деформацию, остающуюся после снятия нагрузки, называют пластической или остаточной. Сварочные деформации обычно характеризуют прогибами элементов, углами поворота, укорочениями, величинами выхода точек тела из плоскости равновесия. Деформации, приводящие к изменению размеров всего изделия, искривлению его геометрических осей, называют общими. А деформации, относящиеся к отдельным участкам его, называют местными.

Основными причинами возникновения собственных напряжений и деформаций в сварных соединениях и конструкциях являются: –неравномерное нагревание металла при сварке; –литейная усадка расплавленного металла; –структурные и фазовые превращения в затвердевающем металле при охлаждении.

Неравномерное нагревание металла при сварке Все металлы при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Процессы сварки плавлением характеризуются местным нагревом металла с образованием неравномерного температурного поля в сварном соединении.

Неравномерное нагревание металла при сварке При наличии непрерывной связи между нагретыми и холодными участками металла свариваемой детали в нем возникают сжимающие и растягивающие внутренние напряжения.

При охлаждении и затвердевании жидкого металла сварочной ванны происходит его усадка.

Явление усадки объясняется тем, что при затвердевании увеличивается плотность металла, в результате чего объем его уменьшается. Поскольку металл шва неразрывно связан с основным металлом, остающимся в неизменном объеме и противодействующим этой усадке, в сварном соединении возникают внутренние напряжения.

Нагрев металла при сварке вызывает не только температурные объемные изменения, но и структурные превращения, приводящие к объемным изменениям и возникновению остаточных напряжений. Околошовная зона подвергается нагреву до температур, превышающих 850 °С. Низкоуглеродистые стали при этой температуре пластичны, и происходящие объемные изменения не сопровождаются образованием напряжений в металле.

При охлаждении легированной стали распад аустенита может сопровождаться образованием мартенситной фазы, связанной с увеличением удельного объема; распад аустенита и образование мартенсита могут иметь место при низких температурах, когда сталь находится в упругом состоянии. Расширению объемов с образовавшейся структурой мартенсита препятствуют участки, претерпевшие структурные превращения; поэтому возникают остаточные напряжения в объемах со структурой мартенсита.

1. АНО «Научный Центр внедрения телекоммуникационных технологий «Гражданская сеть» 2. Федеральный центр информационных образовательных ресурсов ФЦИОР Сварка и резка материалов: Учебное пособие. Ю. В. Казаков, М.Г. Козулин и др.; М.: Академия 4. Иллюстрированное пособие сварщика. Издательство «Соуэло», Москва, 2000 г.