Материал: Сварка и свариваемые материалы. Свариваемость материалов

Начальными называются собственные деформации, имев­ шиеся в детали до сварки. При протекании в металле струк­ турных и фадовь!* превращений вызванные ими деформации

входят в еа.

4.1.2.Возникновение деформаций и перемещений

4.1.2.1.Продольное деформации и перемещения. В процессе

сварки шов и оКолошовная зона разогреваются до высоких температур Т (рис. 4.1), что вызывает их расширение е0 и

удлинение детали в направлении оси шва. При этом со стороны менее нагретой части детали на высокотемпературную зону действует реакция, вызывая в ней собственные деформации укорочения ес<0. Высокотемпературная зона составляет не­ большую часть от поперечного сечения детали, и возникающие в ней собственные деформации укорочения существенно больше, чем деформации удлинения вне зоны шва. Значитель­ ная часть собственной деформации укорочения в зоне шва

переходит в пластическую деформацию е Пл- После полного осты­ вания пластическая деформация зоны шва, возникшая при на­ греве, вызывает сокращение длины детали по сравнению с ис­ ходным размером до сварки ДПр, называемое продольной усад­ кой. При этом со стороны шва на деталь действует усадочная сила Рус. На рис. 4.1 показан вид эпюр остаточных упругих и пластических деформаций в шве. Формулы для расчета Рус

Значение коэффициента А зависит от наличия зазора, усло­ вий закрепления, условий сварки, формы и размеров детали. Формулы для расчета утах и А приведены в 4.3.1.4.

4.1.2.3. Другие виды перемещений в зоне шва. При сварке происходят одновременно продольные и поперечные перемеще­ ния в зоне шва. Их взаимодействие вызывает различные виды сварочных перемещений. Угловое перемещение р (рис. 4.3) происходит вследствие неравномерного по толщине детали по­ перечного перемещения при асимметричном расположении шва или неодинаковых условиях усадки отдельных частей шва. Смещение в направлении толщины детали Az может быть свя­ зано с неодинаковым продольным расширением свариваемых цилиндрических деталей при наложении кольцевого шва или с потерей устойчивости листов от расширения в направлении оси шва. Смещение деталей вдоль оси шва Ах связано с их не­ одинаковым удлинением при нагреве. Например, при сварке тавровых соединений, даже при одинаковой толщине сваривае­

мых пластин удлинение стенки примерно в 1,5 раза больше, так как полоса нагрева в полке расположена в середине пла­

стины, а в стенке— на краю.

4.1.3. Образование напряжений

Собственные напряжения в сварном шве могут быть времен­ ными и остаточнЫмиОстаточные напряжения в направлении

тер имеет распределение продольных напряжений в много­ слойных швах.

Поперечные растягивающие напряжения при однопроход­ ной сварке достигают значительной величины при сварке швов в жестком контуре (при заварке дефектов). При многопроход­ ной сварке, если происходит взаимный поворот свариваемых деталей, возникают растягивающие напряжения в корне шва. В случае предотвращения углового перемещения в корне шва возникают напряжения сжатия (рис. 4.5).

Трехосные растягивающие напряжения возникают в сред­ ней части сечения электрошлаковых швов. Величина компонент

напряжения может превосходить <хт. Наибольшее растягиваю­ щее напряжение действует вдоль оси шва (рис. 4.6).

В соединениях с угловыми швами распределение остаточ­ ных напряжений, как правило, аналогично распределению на­ пряжений в стыковом соединении, выполненном тем же спосо­ бом сварки.

В оболочковых конструкциях продольные прямолинейные швы дают такое же распределение напряжений, как в плоской пластине. В зоне кольцевых швов дополнительно действуют

и от изгиба. В результате уменьшаются напряжения вдоль оси шва, а в поперечном направлении напряжения с внутренней стороны оболочки являются растягивающими, а с внешней — сжимающими.

При многопроходной сварке с разделкой наружу оболочки в кор'Пе шва образуются поперечные напряжения растяжения, при разделке внутрь оболочки — напряжения сжатия. Круго­ вые швы в плоских пластинах имеют напряжения вдоль оси шва примерно такие же, как в прямолинейных швах. Попереч­ ные (радиальные) напряжения в них тем выше, чем меньше радиус шва.

В точечных и электрозаклепочных соединениях в централь­ ной части компоненты напряжений в плоскости соединения яв­ ляются растягивающими. В низкоуглеродистых и аустенитных сталях они равны <гт, в титановых и алюминиевых сплавах не­ сколько меньше от. В основном металле вблизи сварного со­ единения радиальные напряжения растягивающие, а окруж­ ные— сжимающие. В стержнях, сваренных стыковой контакт-

ной сваркой, в средней части имеется область трехосного

растяжения, возрвстающего с увеличением диаметра стержней, на поверхности -_напряжения сжатия.

Остаточные Марряжения достаточно стабильны во времени. Даже при нагфял<£ниях>близких к ат, релаксация напряжений протекает медлен*10 и составляет лишь несколько процентов. Величина пластик01*0” остаточной деформации в бездефект­ ных стыковых сосДинениях

сталей составляе1, *—2%. При наличии коНцентРат0' ров пластические деформа­

ции могут составЛ11ть десят‘ ки процентов и вызывать

разрушение.

4.1.4. Влияние фазОвых превращений на деформации и напряжения

превращениях (мартенситное превращение стали) возможно

Существенно изменяется распределение напряжений при при­ менении сварочных материалов, отличающихся от основного металла (рис. 4.7).