Деформації та напруги при зварюванні виникають під дією теплоти, що виділяється джерелом зварювального струму. До головних причин виникнення зварювальних деформацій і напружень відносяться: нерівномірний розігрів і охолодження звареної конструкції, ливарна усадка рідкої зварювальної ванни, а також структурні перетворення в металі зварного шва і зоні термічного впливу.
Нерівномірне нагрівання і охолодження металоконструкцій при зварюванні є причиною виникнення теплових внутрішніх напружень. Зміна міцності і пластичності металів відбувається як при зварюванні чорних металів. так і під час зварювання кольорових металів і сплавів. При цьому, чим вище температура нагріву і нижче теплопровідність металу, тим будуть вищі теплові деформації і напруги в зварному з'єднанні.
Ливарна усадка зварювальної ванни є причиною формування залишкових напружень і деформацій в шарах металу, прилеглих до зварного шва. Відбувається це через те, що при охолодженні, зварювальний ванна зменшується в об'ємі і починає розтягувати прилеглі шари металу. При цьому, чим менше обсяг зварювальної ванни, тим менше величина напруг і деформацій, що виникають при її затвердінні.
Структурні перетворення в металі є причиною виникнення розтягують і стискають напруг. І в окремих випадках, ці перетворення викликають зміна обсягу зварюється. При зварюванні низьковуглецевих сталей, напруги від структурних перетворень незначні і на якість зварного з'єднання істотного впливу не роблять. При зварюванні легованих сталей. містять більше 0,35% вуглецю, деформації та напруги при зварюванні досить значні і можуть стати причиною для утворення гарячих тріщин у звареному шві.
Внутрішня напруга і деформація при зварюванні негативно впливають на показник міцності металоконструкції. Їли зварюються стали мають схильність до утворення гартівних структур, то напруги можуть бути дуже великими і, в окремих випадках, навіть викликати гарячі і холодні тріщини при зварюванні.
Механізм утворення деформацій і напружень при зварюванні
Для прикладу, помістимо металевий брусок між стінками, як показано на малюнку. При цьому посередині бруска виконується зварювальний шов і цей брусок, під дією електричної дуги, рівномірно нагрівається до температури 600 ° C. При нагріванні брусок буде нагріватися, і прагнути до подовження. Але подовжуватися бруска нікуди, тому що заважають стінки, між яких він затиснутий. В результаті, на брусок починають діяти стискають зусилля від бічних стінок.
Під впливом бічних стінок, нагріте брусок, який став більш пластичним, мнеться і перестає розпирати стінки. Потім, при охолодженні, він починає звужуватися і коротшає на ту величину, на яку не зміг подовжиться. Бічні стінки не дозволили бруска вільно розширитися і, в результаті, в ньому утворилися внутрішні напруги розтягнення.
Схожі механізми відбуваються і при зварюванні металів. Шари основного металу, які не піддалися нагрівання і зберегли жорсткість, не дають зменшуватися металу околошовной зони. А шари металу в околошовной зоні, в свою чергу, прагнуть зім'яти метал, розташований поруч з ними.
Додаткові матеріали по темі: