Возникновение деформаций и перемещений

Продольные деформации и перемещения

В процессе сварки шов и околошовная зона разогреваются до высоких температур Т, что вызывает их расширение ε_α и удлинение детали в направлении оси шва. При этом со стороны менее нагретой части детали на высокотемпературную зону действует реакция, вызывая в ней собственные деформации укорочения ε_с < 0. Высокотемпературная зона составляет небольшую часть от поперечного сечения детали, и возникающие в ней собственные деформации укорочения существенно больше, чем деформации удлинения вне зоны шва. Значительная часть собственной деформации укорочения в зоне шва переходит в пластическую деформацию ε_пл. После полного остывания пластическая деформация зоны шва, возникшая при нагреве, вызывает сокращение длины детали по сравнению с исходным размером до сварки Δ_пр, называемое продольной усадкой.

Поперечные перемещения

Расширение зоны при сварке происходит также в направлении, перпендикулярном к оси шва. Свободное расширение металла в этом направлении возможно лишь при сварке с зазором, равным сумме максимальных свободных перемещений кромок. При меньшей величине зазора расширению зоны шва препятствует закрепление детали и заваренная часть шва. Сокращению металла при остывании зоны шва также препятствуют закрепление и жесткость сваренной детали. Разница перемещений при остывании и нагреве дает поперечную усадку.

Другие виды перемещений в зоне шва

При сварке происходят одновременно продольные и поперечные перемещения в зоне шва. Их взаимодействие вызывает различные виды сварочных перемещений. Угловое перемещение β происходит вследствие неравномерного по толщине детали поперечного перемещения при асимметричном расположении шва или неодинаковых условиях усадки отдельных частей шва. Смещение в направлении толщины детали Δ_z может быть связано с неодинаковым продольным расширением свариваемых цилиндрических деталей при наложении кольцевого шва или с потерей устойчивости листов от расширения в направлении оси шва. Смещение деталей вдоль оси шва Δ_x связано с их неодинаковым удлинением при нагреве. Например, при сварке тавровых соединений, даже при одинаковой толщине свариваемых пластин, удлинение стенки примерно в 1,5 раза больше, так как полоса нагрева в полке расположена в середине пластины, а в стенке - на краю.

Влияние термодеформационных процессов на качество сварных конструкций