2.4. Механизм возникновения структурных напряжений.

Помимо действия рассмотренных термических собственных напряжений в сварных соединениях из легированной стали, склонной к закалке, очень часто возникают напряжения вследствие структурных превращений.

Механизм возникновения структурных напряжений состоит в следующем. Околошовная зона нагревается до температур, превышающих и Ас₁ (723°С), и Ас₂ (850°С). В интервале этих температур имеет место аустенитное превращение стали. При охлаждении легированных сталей распад аустенита сопровождается образованием мартенситной фазы с увеличением ее объема. В среднелегированных сталях распад аустенита и образование мартенсита имеют место и при низких температурах, когда сталь находится уже не в пластичном, а в упругом состоянии. В этом случае расширению объемов с образовавшейся структурой мартенсита препятствуют участки, не претерпевшие структурных превращений, поэтому в шве и околошовной зоне возникают остаточные напряжения сжатия. Эти напряжения могут суммироваться в отдельных участках сварного соединения с термическими напряжениями и приводить к образованию трещин. При сварке сталей низкоуглеродистыми электродами, образующими пластичный присадочный материал, переходящий в шов изделия, в шве появляются уже растягивающие напряжения, а холодных трещин не образуется.

2.5. Характерные деформации сварных конструкций.

Сварка вызывает искажение размеров и формы элементов сварных конструкций, их укорочение, изгиб, потерю устойчивости, закручивание. Эти искажения выражаются в перемещениях, которые зависят от формы сварной конструкции, расположения швов в ней, толщины металла. Многообразные виды перемещений сварных конструкций порождаются относительно небольшим числом видов деформаций и перемещений, возникающих в зоне сварных соединений.

Деформации сварных конструкций можно условно подразделить на следующие виды.

Продольное укорочение. Оно является следствием продольной усадки шва и околошовной зоны.

Рассмотрим изменение напряжения при нагреве стержня, закрепленного по концам., до 500⁰ С и последующем его охлаждении (Рис.2).

Остаточная пластическая деформация равна алгебраической сумме пластической деформации, возникшей при нагреве и приращении пластической деформации, возникшей при остывании.

В результате получим, что остаточная пластическая деформация отрицательна – деформация укорочения.

Поперечное укорочение. Обусловлено поперечной усадкой шва и околошовной зоны. Оба вида деформации образуются при симметричном наложении сварных швов. Численные значения усадки для различных типов сварных соединений в зависимости от способа сварки приведены в табл. 1.

Рис.2. Образование напряжений

В стержне с жестко закрепленными концами

Поперечные швы, расположенные перпендикулярно продольной оси балки, вызывают укорочение балки, а если они расположены не в центре тяжести ее поперечного сечения, то вызывают изгиб балки.

Деформация изгиба конструкции возникает при несимметричном расположении швов относительно центра тяжести сечения и определяется стрелой прогиба. Например, таврового сечения или при сварке двух листов разной ширины встык (Рис. 3 а, 3 б).

Рис. 3. Остаточные деформации изгиба:

а – сварных тавровых балок; б – сварных листов.

Таблица 1.