Сварочные материалы и процессы, происходящие при сварке. Дефекты сварных соединений. Предварительный и текущий контроль

нагревании в металле происходят структурные превращения, сопровождающиеся изменением объемов металла и образованием внутренних (собственных) напряжений. Изменение объемов металла происходит вследствие образования новых структур, имеющих другие размеры зерен и их взаимное расположение, отличное от исходной структуры. Такое явление чаще всего наблюдается при сварке легированных сталей. Внутренние (собственные) напряжения в зависимости от объема тела, в пределах которого они уравновешены, подразделяют на напряжения первого, второго и третьего рода. Собственные напряжения первого рода уравновешиваются в относительно больших объемах (макрообъемах), соизмеримых с размерами изделия или его частей, и обладают определенной ориентацией в зависимости от формы изделия. Собственные напряжения второго рода уравновешиваются в пределах микрообъемов тела, т. е. в пределах одного или нескольких зерен металла. Собственные напряжения третьего рода уравновешиваются в пределах кристаллической решетки. Напряжения второго и   третьего  рода   не   имеют   определенной   направленности.

В свою очередь, собственные напряжения могут быть одноосными (или линейными), двухосными (или плоскостными) и трехосными (или объемными). В зависимости от времени существования они могут быть временными, существующими в период выполнения технологической операции или протекания физического процесса, и остаточными, устойчиво сохраняющимися в течение длительного процесса.

Способы уменьшения сварочных напряжений. Для уменьшения сварочных напряжений используют три основных способа: уменьшают объем наплавленного металла за счет использования оптимальной формы разделки кромок и применения более концентрированных источников нагрева; создают в зонах пластических деформаций от нагрева дополнительные деформации противоположного знака; компенсируют возникающие деформации и перемещения симметричным расположением шва, свободной усадкой. Практически эти способы можно реализовать следующим образом.

Подогрев при сварке изменяет поля температур, а в ряде случаев и свойства металла, воздействуя на термический цикл. При этом изменяются напряжения, создаваемые структурными превращениями. Подогрев уменьшает предел текучести, модуль упругости и перепад температур. Это способствует уменьшению максимальных остаточных напряжений.

Проковку применяют как в процессе сварки по остывающему металлу, так и после полного его остывания. Проковкой осаживают металл по толщине, создавая пластические деформации удлинения в плоскости, перпендикулярной направлению удара. Этим достигается уменьшение растягивающих или сжимающих остаточных напряжений. Проковка рекомендуется при многослойной сварке металла большой толщины, причем, чтобы избежать образования трещин и надрывов, первый и последний слои многослойного шва не проковывают. Швы на металле, склонном к закалке, проковывать не следует.

Эффективным средством снижения остаточных напряжений является прокатка как шва, так и околошовной зоны.

При импульсной обработке металла взрывом создаются напряжения в его поверхностном слое, что обусловливает перераспределение остаточных напряжений.

Часто используют также статическое или вибрационное нагружение. Причем нагружение производят таким образом, чтобы в зоне сварки создавались растягивающие напряжения. Если нагружение выполняют после сварки, необходимо, чтобы вновь созданные напряжения от нагрузки складывались с остаточными растягивающими напряжениями и вызывали пластические деформации. После снятия нагрузки напряжения снижаются. В качестве нагружения применяют растяжение или изгиб.

Если создать с двух сторон сварного соединения зоны нагрева (рис. 1.6,а), то металл, расширяясь, вызовет растяжение конструкций вдоль шва и сжатие ее поперек шва (рис. 1.6,6). Такая схема напряжений благоприятна для протекания пластических деформаций в направлении вдоль шва, что как раз необходимо для снятия остаточных растягивающих напряжений. Если перемещать зоны нагрева вдоль шва и охлаждать металл позади