Причины образования деформаций и напряжений при сварке подразделяются на основные и побочные категории.
К первым относят те, которые возникают во время сварки, поэтому неизбежны. Вторые нужно предотвращать.
Основные причины возникают как следствие:
1. Неравномерного нагрева сварочной зоны и прилегающих участков. Более горячий металл расширяется больше чем холодный, поэтому между слоями с разной температурой начинает концентрироваться напряженность. Ее величина определяется степенью нагревания и коэффициентом теплового расширения. Чем больше эти значения, тем выше вероятность нарушения геометрии конструкций.
2. Усадки. Когда при охлаждении после сварки металл переходит из жидкой фазы в твердое состояние, объем уменьшается. Этот процесс сопровождается растягиванием прилегающих участков с образованием напряжений, направленных вдоль или поперек шва. Продольное воздействие изменяет длину соединения, а поперечное способствует образованию угловой деформации.
3. Структурных изменений. При сварке высокоуглеродистой или легированной стали с большим нагревом происходит процесс закаливания с изменением объема и коэффициента теплового расширения. Это явление создает напряжения, приводящие к образованию трещин внутри и на поверхности швов. У сталей, в составе которых углерода меньше 0,35%, структурные изменения настолько малы, что не оказывают существенного влияния на качество сварных соединений.
Сопутствующие причины
Кроме основных существуют также побочные причины возникновения деформаций при сварке. К таковым относят:
· отклонение от технологических нормативов, например, использование не подходящих для конкретного случая электродов, нарушение режимов сварки, недостаточная подготовка изделия к сварочному процессу и другие;
· несоответствие конструктивных решений: частое пересечение между собой сварных соединений или недостаточное расстояние между ними, неточно подобранный тип шва и т. д.;
· отсутствие опыта и соответственных знаний у сварщика.
Что из перечисленного вызывает концентрацию напряжений в сварных соединениях? Любое неправильное действие приводит к технологическим дефектам шва, в частности к появлению трещин, пузырей, непроваров и других браков.
Виды деформаций и напряжений
Различают разные виды напряжений в зависимости от характера их возникновения, периода действия и других факторов. В таблице ниже показано что вызывает концентрацию напряжений в сварных соединениях и какими они бывают.
| Характер возникновения | Тип напряжения | Чем вызвано нарушение |
| В соответствии причины появления | Тепловые | Неравномерный прогрев из-за перепада температур в процессе сварки |
| Структурные | Изменения в структуре металла при нагревании его выше предельно допустимой температуры | |
| По времени существования | Временные | Образуются при фазовых видоизменениях, но постепенно исчезают вследствие охлаждения |
| Остаточные | Даже после ликвидации причин их появления присутствуют в изделии | |
| По охватываемой площади | Действующие в пределах всей конструкции | |
| Действующие только в зернах структуры материала | ||
| Присутствующие в кристаллической решетке металла | ||
| По направленности действия | Продольные | Образуются вдоль линии сварочного шва |
| Поперечные | Располагаются перпендикулярно к оси соединения | |
| По виду напряженного состояния | Линейные | Только в одном направлении распространяется действие |
| Плоскостные | Образуются в двух разных направлениях | |
| Объемные | Оказывают одновременно трехстороннее воздействие |
Виды деформаций при сварке бывают:
· местные и общие. Первые возникают на отдельных участках и изменяют только часть изделия. Вторые проводят к изменению размера всей конструкции и искривлению ее геометрической оси;
· временные и конечные. Возникающие в конкретный момент сварочные деформации называют временными, а те, которые после полного охлаждения изделия остаются в нем - остаточными;
· упругие и пластичные. Когда после сварки размер и форма конструкции полностью восстанавливаются, деформация упругая, если дефекты остаются - пластичная.
Деформации металла возможны как в плоскости сварной конструкции, так и вне нее.