Профессия - газосварщик

7.6. Сварочные напряжения и деформации

При газовой сварке из-за неравномерного нагрева сварной конструкции возникают напряжения и деформации.

Механическим напряжением σ называют силу Р, отнесенную к площади F поперечного сечения тела, к которому приложена эта сила:

σ = P / F.

Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием приложенных к нему сил.

При сварке область металла, нагретая до высокой температуры газовым пламенем, начинает расширяться, но расположенные с другой стороны от нагретой части холодные участки детали препятствуют ее расширению. Под влиянием этих процессов в детали возникают внутренние напряжения (рис. 7.5).

Рис. 7.5. Деформации и напряжения при нагреве кромки образца:
а, б — нагрев и охлаждение верхней поверхности образца; в, г — распределение внутренних напряжений в сечении, проведенном через осевую линию; 1 — нагретая зона; 2 — охлажденная поверхность; ст — предел текучести; «+» — растяжение; «-» — сжатие

Еще одной причиной возникновения напряжений и деформаций при сварке является усадка металла шва при переходе из жидкого состояния в твердое.

Усадкой называется уменьшение объема металла при его остывании. Усадка металла шва вызывает продольные и поперечные деформации конструкции.

Степень деформации зависит от температуры нагрева и коэффициента линейного расширения металла. Чем выше коэффициент линейного расширения и температура нагрева, тем значительнее деформации. Очевидно, что конструкции из алюминиевых сплавов в наибольшей мере подвержены деформациям. Бесспорно и то, что при высокой тепловой мощности пламени вероятность возникновения деформаций больше.

Форма детали, размеры и положение швов также влияют на величину деформаций при сварке. Сложная форма детали, наличие большого числа несимметричных швов и высокая жесткость конструкции способствуют появлению деформаций и напряжений при сварке (рис. 7.6).

Рис. 7.6. Виды сварочных деформаций:
а, б — линейные; в, г — угловые; д — серповидная; 1 — сварной шов; 2, 3 — форма изделия до и после сварки; 4 — 7 — последовательность выполнения швов; / — стрела прогиба

Следует помнить о том, что при газовой сварке образуется большая зона нагрева, чем при других видах сварки, что вызывает увеличение деформаций свариваемых конструкций.

Для уменьшения деформаций необходимо правильно выбирать режим сварки, при сборке под сварку выдерживать постоянство зазора по всей длине кромок, накладывать минимальное число прихваток, соблюдать принятую технологию и технику выполнения швов, использовать способы компенсации деформаций, основанные на определенной очередности наложения швов, а также способ обратных деформаций, заключающийся в том, что детали перед сваркой придают изгиб в направлении, противоположном ожидаемой деформации. Положительные результаты обеспечивает и жесткое закрепление свариваемых деталей в специальных приспособлениях — кондукторах.

Эффективно применение термообработки: предварительного подогрева и послесварочного отпуска. В некоторых случаях рекомендуется проковка шва.