Остаточные сварочные напряжения и причины их возникновения. Температурный цикл сварки как источник возникновения остаточных напряжений, страница 3

точки Е (фиг. 3, б) дальнейшее снижение температуры вызывает возникновение в нем напряжений растяжения, причем линия роста растягивающих напряжений будет продолжением линии уменьшения сжимающих. Полное охлаждение элемента вызывает, таким образом, возникновение в нем остаточных напряжений растяжения, которые определяются ординатой ст0\ г,- При нагреве элемента до более высоких температур с последующим его охлаждением, как это показано на фиг. 3, в, напряжения растяжения в определенный момент достигают значения предела текучести. Дальнейшее охлаждение элемента вызывает рост напряжений вместе с пределом текучести, а после полного охлаждения в элементе будут остаточные напряжения растяжения, равные пределу текучести   при нормальной температуре. Нагрев и охлаждение элемента при двухосном его закреплении не вызывает принципиального изменения разобранной схемы образования остаточных напряжений. Меняется только характер напряженного состояния (плоское вместо линейного). Принципиально отличное прохождение температурного цикла может быть в случае нагрева и охлаждения элемента, закрепленного по трем взаимно-перпендикулярным осям. В этом случае вследствие образования объемного напряженного состояния пластические деформации могут быть затруднены или исключены. В случае равенства напряжений (по величине и знаку) по всем трем осям пластические деформации отсутствуют полностью.

Как следствие, из вышеизложенного можно сделать вывод о том, что остаточные напряжения в металле, образовавшиеся/в результате температурных деформаций, равны по величине и обратны по знаку напряжениям, исчезнувшим в процессе температурного цикла вследствие протекавших в металле пластических деформаций.

Изменение характера напряженного состояния металла в; процессе сварки проанализировано в работе Т. Сухара [111]. Последний наблюдал за изменениями линий Чернова — Людерса,. появляющихся на отполированной поверхности пластины при заваривании ее центрального отверстия.

СТРУКТУРНЫЕ ПРЕВРАЩЕНИЯ В МЕТАЛЛЕ ШВА И В ЗОНАХ ТЕРМИЧЕСКОГО ВЛИЯНИЯ КАК  ИСТОЧНИК ВОЗНИКНОВЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИИ

Нагрев металла при сварке до высоких температур вызывает, кроме объемных температурных изменений, структурные превращения в зоне, непосредственно прилегающей к сварному шву. Эта. зона различна для разных режимов и способов сварки (от 20—25 мм при электродуговой до 80 мм при газовой сварке). Она носит название «зоны термического влияния». В этой зоне протекают различные термические процессы в зависимости от температур нагрева отдельных участков металла. Обычно зону термического влияния делят условно на шесть следующих участков: 1) неполного расплавления, 2) перегрева, 3) нормализации, 4) неполной перекристаллизации, 5) рекристаллизации и 6) синеломкости. Температуры, соответствующие перечисленным участкам, представлены на фиг. 4 [19]; такое деление является схематичным. Однако оно удобно, для того чтобы представить себе хотя бы упрощенную картину структурных превращений, происходящих в зоне термического влияния.

Так как для каждого участка характерен определенный (отличный от соседнего участка) температурный цикл, то возможно образование в смежных участках структур, отличающихся по параметрам кристаллической решетки и по удельному объему. Разница в удельных объемах и может служить причиной появления остаточных напряжений в сварном соединении. Эти напряжения носят название структурных остаточных напряжений. Структурные напряжения

При остывании распад аустенита в низкоуглеродистой стали происходит примерно при тех же температурах, что и его образование, т. е. при температурах выше 600° С, а потому и это превращение, связанное с увеличением объема, не вызывает образования напряжений (фиг. 5, кривая 2).