2015-05-14
551
Сварка протекает в широком интервале температур: от температуры окружавшей среды до 3000...4000°С. При этом интенсивному нагреву подвергаются небольшие объемы металла – шов и околошовная зона. С удалением от оси шва температура нагрева заготовок снижается, периферийные участки свариваемых изделий могут, вообще не нагреваться. Равномерный нагрев и охлаждение лежащего элемента не вызовут появления в нем ни временных напряжений в процессе нагрева, ни остаточных напряжений после охлаждения. Однако, если элемент закреплен, то даже равномерный его нагрев вызывает появление в элементе напряжений. Неодинаковость нагрева сечений металла, различно удаленных от шва, очень высока. Между нагретыми (увеличивающимися в объеме) и не нагретыми (не изменившимися) слоями металла возникают напряжения. Если возникающее напряжения не превысят предела упругости металла, то после охлаждения они исчезнут, не вызвав остаточной деформации изделия. В том же случае, если напряжения в каком-либо объеме элемента превысят предел упругости и достигнут величины предела текучести, в элементе произойдут некоторые смещения сечений, и после охлаждения возникнут остаточные напряжения. Остаточные напряжения возникают при сварке, если элемент не имеет внешних закреплений, но нагревается или охлаждается неравномерно. Роль закрепления нагреваемых элементов в этом случае играют ненагретые слои металла.
|
|
|
Рассмотрим механизм возникновения собственных напряжений и деформаций при наплавке сварного шва. В процессе наложения валика шва быстрому высокотемпературному нагреву подвергаются только свариваемые кромки пластин и околошовная зона, а отдельные от них участки остаются не нагретыми. В процессе нагрева при сварке возникнут напряжения: в сваренных кромках – сжатия, так как соседние слои препятствовали их свободному удлинению, а в участках металла слева и справа от этих кромок – напряжения растяжения. Поскольку в процессе нагрева напряжения сжатия кромок и шва, как правило, превосходят пределы упругости и текучести, которые очень малы в нагретом металле, то шов и околошовная зона претерпят пластическую деформацию сжатия.
При охлаждении же шов и околошовная зона будут стремиться укоротиться на величину полученной деформации сжатия, но этому препятствуют соседние участки металла, которые укоротятся на меньшую величину, так как были меньше нагреты. После полного охлаждения сваренной детали в ней возникнут остаточные сварочные напряжения:
– в шве и околошовной зоне – растяжения, то есть они будут стремиться сжаться и тянуть металл соседних слоев «на себя»;
|
|
|
– в соседних со швом участках – сжатия.
В результате действия этих напряжений в сварной конструкции будут участки, где произойдет пластическая деформация, и участки с остаточными сварочными напряжениями. Чаще всего это участки шва и околошовной зоны. Протяженность этих участков в поперечном шве направлении зависит от многих факторов, главным из которых является количество тепла, полученное при сварке, способ сварки, продолжительность нагрева металла, количество наплавленного металла, геометрическая форма и размеры изделия.
Максимальные растягивающие направления в низкоуглеродистых сталях обычно достигают в шве и околошовной зоне значений предела текучести. Далее в зоне термического влияния они уменьшаются, падают до нуля и затем переходят в сжимающие в основном металле изделия.
В сталях, титановых и алюминиевых сплавах распределения остаточных напряжений имеют, как правило, одинаковый характер.
