Влияние остаточных напряжений и деформаций на форму и размеры сварных конструкций
4.6. Влияние остаточных напряжений и деформаций на форму и размеры сварных конструкций. Способы уменьшения остаточных напряжений и деформаций
Возникновение собственных сварочных напряжений (т. е. без приложения внешних сил) связано с неравномерностью температурного поля при сварке. Вследствие неравномерного разогрева заготовки при сварке температурные деформации шва и з. т. в. ограничиваются в результате сопротивления менее нагретых зон основного металла.
Вместо удлинения отдельных слоев свариваемого металла в соответствии с зависимостью +αТТ (αт — температурный коэффициент металла; Т—максимальная температура нагрева слоя) происходит равномерное удлинение всей свариваемой пластины, в результате чего грань пластины 1 в момент максимального разогрева занимает положение 2. Поэтому шов и прилегающая к нему зона металла при нагреве претерпевают местную пластическую деформацию сжатия, пропорциональную заштрихованной площади 3. Таким образом, к началу охлаждения эти зоны оказываются укороченными. После охлаждения и обратной температурной деформации они должны были бы занять положение в соответствии с зависимостью — αтТ. Однако их температурная деформация снова ограничивается реакцией основного металла. В результате происходит равномерное укорочение всей пластины, и грань пластины 1 занимает положение 4. Поскольку шов и зона термического влияния связаны с основным металлом, они претерпевают внутреннюю упругопластическую деформацию растяжения, пропорциональную заштрихованной площади 5. Соответствующие упругой деформации растягивающие напряжения ( + ) в шве и з. т. в. уравновешиваются сжимающими напряжениями ( —) в основном металле.
Внешние наблюдаемые деформации сварных заготовок (например, укорочение пластины после сварки, соответствующее перемещению ее грани 1 в положение 4) не совпадают с внутренними упругопластическими деформациями, а их величины противоположны: чем больше внешние деформации, тем меньше внутренние деформации. Величина и знак собственных сварочных напряжений определяются внутренними деформациями.
Снижение внутренних деформаций и напряжений — один из путей предупреждения трещин. Для этого необходимо уменьшить реакцию основного металла на разогреваемые до высоких температур шов и з. т. в. Следует уменьшить геометрическую жесткость свариваемых заготовок, исключить их закрепление при сварке, а также применить предварительный подогрев для выравнивания температур по объему заготовки. Сварочные напряжения снимаются также после сварки высоким отпуском. В то же время методы снижения внутренних деформаций и напряжений (кроме отпуска) приводят к увеличению внешних деформаций сварной заготовки. Для устранения последних, наоборот, необходимо увеличение жесткости заготовок (постановка ребер, мембран и т. п.), или закрепление их при сварке. Выбор условий сварки определяется тем, что в данном случае опасней — трещины или коробление заготовки.
