Наплавленный металл jvacmoK толного расплаления

Участок перегрева

Участок нормализации

il Участок неполной перекристаллизации

I \ Участок рекристал- лиэации

Основной Металл

Рис. .5.4. Зона термического влияния сварного шва малоуглеродистой стали о -зона нагрева; б - неполная диаграмма сосгояння «железо-углерод>

Рис. 5.5. Изотермы основного металла при сварке со скоростью 0,1 м/с

Рис. 5 8. Сварочные напряжения при соединении листов 3 стык Рис. 5.6. Испытание металла шва на за1иб

Рнс. 5.7. Напряженно-деформированное состояние полосы при нлплавке валика n.i кромиу

а ~ (1ри нагреиапии, G - после осаывачия

Рис. 5.9. Деформация элементов прн сварке

Повышенное содержание углеро-* да (более 0,2 %), примепение ки-пяшей стали и большая толшина свариваемых изделий способствуют появлению «холодных» трешин.

Таким образом, в зоне сварного соединения бывает несколько опасных областей, где возможно появление трещин. Трудность улучшения свойств металла зоны термического влияния легированием и неизбежные структурные превращения делают ее наиболее уязвимым местом сварного соединения.

Весь остальной металл изделия (учасгкп 5 и 5 на рис. 5.4) сохраняет свои первоначальные свойства, так как температура его нагрева не достигала критической точки Асз=723°С. Размер указанных зон и ме-

7-143

-97 -

свойств материала и технологии сварки, термические спрочные напряжения и деформацю! - от конструктивного решения и технологии сварки.

Сварочные напряжения и деформации при наплавке валика на кромку листа. Лист при наплавке валика на кромку разогревается неравномерно по ширине и распределение температуры поперек листа имеет вид убывающей кривой е-е (рис. 5.7, а).

Если бы рассматриваемый лист состоял из отдельных узких продольных полос, не связанных друг с другом по краям, то каждая такая полоса удлинялась бы пропорционально своей температуре на

где а - коэффициент линейного расширения стали; / - длина полосы; М - разность температур полосы до и после нагревания.

Деформация этих полос соответствовала бы кривой е-е на рис. 5.7, а. В действительности все продольные полосы связаны друг с другом в единый лист, и он может деформироваться только как единое целое. Так как температура большей части листа ниже 600 °С, при которой сталь теряет свои упругие свойства, то деформации листа при изгибе будут развиваться по закону плоских сечений - по прямой т-m на рис. 5.7, а. Разность деформации между кривой е-р и прямой т-т представляет собой избыточные деформации отдельных полос Л/( = =Л/е-Л/т, которые вызовут сварочные напряжения. В зоне, где эти напряжения ниже предела текучести материала, при данной температуре они пропорциональны деформациям а= -и эпюра избыточных деформаций Д/i может служить и эпюрой сварочных напряжений. При достижении предела текучести эти напряжения остаются постоянными до изотермы 500 °С, далее они понижаются до нуля на изотерме 600°С. При температуре выше 600°С сталь становится пластичной, не способной к сопротивлению действующим иа нес силам, и поэтому эпюра внутренних напряжений в этой зоне равна нулю. Эпюра напряжений должна быть уравновешенной, из этого условия определяют наклон прямой т-т.

Вблизи сварочной ванны, где температура превышала 600°С, происходит температурная пластическая деформация металла - усадка.

При остывании листа после сварки кривая температур е-е выравнивается. Вблизи шва в наиболее разогретой при сварке зоне, где произошла наибольшая пластическая усадка металла, возникают растягивающие напряжения, так как свободному температурному укорочению препятствуют остальные, менее нагретые при сварке части листа. В результате дальнейшего остывания в листе возникают остаточные внутренние сварочные напряжения, эпюра их приведена на рис. 5.7,6. Появление этих напряжений обусловлено неравномерным нагревом изделия и пластической усадкой металла в зоне сварного сое,зднения.

Деформация листа после наплавки валика иа кромку аналогична деформации внецентренного сжатия; вызвана она продольной усадкой металла шва. Величина сварочных напряжений и деформаций зависит от ширины листа и технологии Гварки. В узких листах (благодаря большей свободе их деформирования) напряжения меньше, в широких - больше.

Сварочные напряжения и деформации при соединении листов встык. При сварке двух листов встык (рис. 5.8, а) возникают как продольные, так и поперечные сварочные напряжения и деформации. Эпюры этих напряжений должны быть уравновешенными, и в результате сварки двух листов встык получаются эпюры напряжений, показанные на рис. 5.8,6 и в. Сварочные напряжения существенно увеличиваются при сварке встык деталей, закрепленных от свободных перемещений по краям. В этом случае детали при нагревании расширяются в сторону шва и в таком сближенном состоянии свариваются. При остывании шва невоз-

7* -99 -