§ 27. ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ

    Деформации в сварных конструкциях являются результатом наличия внутренних напряжений, которые могут вызываться различными причинами.

    К неизбежным причинам, способствующим возникновению напряжений и деформаций, относятся такие, без которых процесс обработки происходить не может. К этим причинам при сварке относят неравномерный нагрев, тепловую усадку швов, структурные изменения металла шва и околошовной зоны и т. д.

    К сопутствующим причинам, способствующим возникновению напряжений и деформаций, относятся такие, без которых процесс сварки может происходить. К таким причинам при сварке относят неправильные решения конструкции сварных узлов (близкое расположение швов, их частое пересечение, неправильно выбранный тип соединения и т. д.), применение устаревшей техники и технологии сварки (неверно выбраны способы наложения слоев и диаметр электрода, не соблюдаются режимы сварки и т. д.), низкая квалификация сварщика, нарушение геометрических размеров сварных швов и т. д.

    Тепловая усадка металла шва вызывается тем, что при кристаллизации металл шва уменьшается в объеме, но поскольку одновременно шов имеет жесткую связь с относительно холодным основным металлом, его усадка вызывает появление внутренних напряжений.

    Тепловая усадка незакрепленного (свободного) образца приведет лишь к его укорочению. Если же усадка будет иметь место либо в условиях жесткого закрепления свариваемых деталей, либо в условиях неравномерного (неодинакового) нагрева, то в этом случае в конструкции после остывания образуются внутренние напряжения, вызывающие ее деформацию. В процессе снижения температуры в жестко закрепленной детали будут возникать силы растяжения, стремящиеся ее разорвать.

    Механизм образования напряжений и деформаций при сварке. Классификация напряжений. Остаточные напряжения при сварке возникают в результате появления термопластических деформаций, которые образуются от неравномерного распределения температуры в изделии. Такие деформации бывают упругие и упруго-пластические.

    Остаточные напряжения в зависимости от объема тела, в пределах которого они уравновешены, классифицируются следующим образом.

    Остаточные напряжения первого рода уравновешиваются в крупных объемах, соизмеряемых с размерами изделия или его частей, и обладают определенной ориентацией в зависимости от формы изделия Эти напряжения определяют расчетом, исходя из теории упругости и пластичности, а также экспериментально.

    Остаточные напряжения второго рода уравновешиваются в пределах микрообъемов тела, т. е. в пределах одного или нескольких зерен металла. Эти напряжения не имеют определенной направленности и не зависят от формы изделий. Находят эти напряжения опытным путем.

    Остаточные напряжения третьего рода уравновешиваются в мельчайших объемах — в пределах атомной решетки. Они также не имеют определенной направленности и определяются экспериментально по степени изменения интенсивности линий на рентгенограммах.

    В строительных конструкциях и в машиностроении инженерными расчетами определяют только напряжения первого рода.

    По направлению в теле собственные напряжения (рис. 29) могут быть одноосными — линейными, двухосными — плоскостными и трехосными — объемными.

    При рассмотрении процесса возникновения деформаций при сварке следует учитывать, что в процессе охлаждения стали изменяются ее физические и механические свойства (рис. 30).

    Классификация сварочных деформаций. Сварные конструкции в результате появления упруго-пластических деформаций в сварных соединениях могут изменить свои размеры и претерпеть общие деформации. Последние могут быть продольными и поперечными, деформациями изгиба, скручивания и потери устойчивости.

    В результате продольных и поперечных деформаций происходит сокращение элементов по длине и ширине. Эти деформации образуются при симметричной укладке сварных швов.

    Деформации изгиба образуются при несимметричном расположении сварных швов в конструкциях и сопровождаются продольным сокращением элементов — продольной усадкой швов и поперечным сокращением — поперечной усадкой швов. Этот вид деформации в практике встречается довольно часто.

    Деформации скручивания образуются вследствие несимметричного расположения швов в поперечных сечениях элементов и встречаются относительно редко.

    Деформации потери устойчивости вызываются сжимающими напряжениями, которые образуются в процессе нагревания и остывания изделий.

Вопросы для самопроверки

    1. Как классифицируются напряжения и деформации?

    2. Какие причины вызывают возникновение напряжений и деформаций?