Сварочные деформации

Изменение формы и размеров твердого тела под влиянием внешнего усилия называется деформацией Если форма тела восстанавливается после прекращения действия силы, мы
имеем дело с упругой деформацией
Если тело не принимает первоначальной формы, то говорят, что оно получило остаточную или пластическую деформацию

Размеры деформации определяются величиной приложенного усилия. Чем больше усилие, тем больше вызываемая им деформация.
О величине усилия судят также по напряжению, которое данное усилие вызывает в теле.
Напряжением называют внутреннюю силу, приходящуюся на единицу площади поперечного сечения тела.
Таким образом между напряжением и вызываемой им деформацией существует неразрывная связь.

Понятие о сварочных деформациях
Деформация — изменение размеров и формы тела при внешнем воздействии.
Если внешнее воздействие
(например, удары молотком) было незначительным, то форма и размеры тела возвращаются в исходное состояние.
в противном случае форма и размеры — изменяются, т. е. возникают остаточные деформации.

Изменение температуры металлической детали приводит к ее деформации: нагрев детали приводит к увеличению ее размеров, охлаждение — к уменьшению.
сечение металлического стержня при нормальной температуре
сечение нагретого металлического стержня
сечение металлического стержня после охлаждения до нормальной температуры

В результате неравномерного нагрева стержня в нем возникают сложные деформации, что приводит к его удлинению на величину A1 При последующем охлаждении до нормальной температуры стержень останется деформированным так, что его длина будет меньше начальной на величину А2.

Модель деформирования метала
Упрощенную модель можно представить в виде трех стержней длиной L, жестко соединенных друг с другом.
Различные участки сварного
соединения при сварке нагреваются до разных температур. Нагреем средний стержень, моделирующий сварной шов, до температуры 600°С, а затем охладим его.
Средний стержень при нагреве
удлиняется и деформирует не нагретые стержни. Длина модели L
увеличивается на А1.
После остывания длина L
уменьшается на А2 в результате
особых физических изменений в
металле стержней.

Металл сварного шва и околошовной зоны в процессе сварки и после остывания до нормальной температуры деформируется еще более сложным образом
Направления деформирования от внешних (по отношению к рассматриваемому участку) сил показано на рисунках

металл сварного шва нагрет; все нагретые участки металла пытаются расшириться, но им не дают холодные участки
металл сварного шва остыл до нормальной температуры
участки металла околошовной зоны растягивают зону шва во всех направлениях.

Деформации сварных конструкции в процессе
и по окончании сварки
В процессе и по окончании сварки всегда возникают сварочные деформации
Их можно уменьшать, но избавиться от них невозможно

Сварка пластин встык
В процессе сварки пластин
встык свариваемые кромки перемещаются.
При этом сварочный зазор может как уменьшаться (свариваются широкие пластины), так и увеличиваться (свариваются узкие пластины).
Оба вида перемещений могут привести к некачественному
формированию сварного шва.

По окончании процесса сварки и остывании пластин деталь остается деформированной в той или иной степени во всех трех направлениях: длина, ширина,
толщина.

Характер и величины деформаций после сварки, кроме прочих многочисленных факторов, определяются размерами свариваемых пластин:
после сварки одинаковых по ширине пластин;
после сварки узкой и широкой пластин.

Характер остаточных сварочных деформаций может быть изменен путем использования различного вида закреплений на
этапе сборки под сварку:
— деформации после сварки незакрепленных пластин.
— деформации после сварки пластин с прижимами, установленными на некотором расстоянии от шва.

Тавровое сварное соединение
Деформации в начале процесса сварки таврового соединения.

Деформации в конце процесса сварки таврового соединения.

Деформации после выполнения сварного соединения и полного остывания.

Взаимное расположение
пластин таврового сварного соединения после сварки одного
шва и остывания конструкции

Деформация отрезка трубы
после сварки продольным швом.
Деформация рамы после сварки участка стыковым швом.

Способы устранения сварочных деформаций
Рациональная последовательность укладки швов: например, при сварке двутавровой балки рекомендуется укладывать швы
в порядке, указанном на рисунке.

Создание деформаций, обратных сварочным (правка после сварки).

Взаимное расположение свариваемых деталей с учетом последующей деформации от сварки.

Правка сваренного изделия путем нагрева определенных зон металла:
— правка таврового соединения
— правка двутаврового соединения

Контрольные вопросы
1. Деформация — это:
а) изменение размеров и формы тела при внешнем воздействии;
б) изменение напряжения и тока в электрической цепи при сварке;
в) только такое изменение размеров и формы тела, которое может быть получено в результате правки после
сварки.

2.Как изменяются размеры детали при нагреве?
а) Размеры детали увеличиваются.
б) Размеры детали уменьшаются.
в) Размеры детали не изменяются.
3. Причиной возникновения деформаций при сварке
является:
а) неравномерный нагрев и охлаждение свариваемой
детали
б) нерациональная сборка детали под сварку
в) неправильно проведенная термообработка детали
после сварки

4. В каком состоянии находится металл сварного шва
после сварки и полного остывания?
а) Металл сварного шва сжат.
б) Металл сварного шва растянут.
в) Металл сварного шва не деформирован
5. Как изменяется величина сварочного зазора при сварке узких пластин встык?
а) Зазор увеличивается.
б) Зазор уменьшается.
в) Зазор не изменяется.

6. Как изменяется величина сварочного зазора при сварке широких пластин встык?
а) Зазор увеличивается.
б) Зазор уменьшается.
в) Зазор не изменяется
7. Зависят ли величины деформаций после сварки от размеров свариваемых пластин?
а) Да, зависят.
б) Нет, не зависят.
в) Зависят, если свариваются пластины разной ширины.

8. Каким способом можно уменьшить сварочные деформации при сварке пластин встык?
а) Путем правильного выбора взаимного расположения
свариваемых деталей с учетом последующей деформации от сварки.
б) Нельзя уменьшить.
в) Путем нагрева определенных зон металла.
9. Сварочные деформации при сварке плавлением возникают:
а) всегда
б) очень редко
в) никогда