Деформация металла при сварке

Выверенная технология проведения сварочных работ напрямую влияет на долговечность сварных швов при производстве конструкций из металла. Незначительные отклонения от технологического процесса влечет за собой такое нежелательное явление, как деформация металла при сварке. Такое часто можно заметить, например, если требуется изготовление трубопроводов.

Вместе с этим происходит нагнетание напряжения в сварных швах, при этом нарушаются итоговые размеры производимого изделия, его форма искривляется, а прочность сварных узлов уменьшается в разы.

Напряжения и деформации при сварке

От чего зависит деформация свариваемого металла? Это следствие воздействие повышенной температуры в процессе работы с изделием. Сварочные работы провоцируют созданию так называемой термические озоны на локальном участке изделия, в которой шов становится более пластичным по отношению к соседним участкам. Молекулы в области сварки расширяются и деформируют ее.

К основным причинам возникновения этого явления относятся:

• усадка в области сварного шва;
• разная температура на соседних зонах одной детали;
• внутренние изменения расплавленного вещества, переход в другое состояние.

Критическая степень видоизменений наступает в момент превышения предельных значений текучести металлического изделия, изменяется форма и габаритные размеры. Например, изготовление металлоконструкций — при деформации изделие может стать неустойчивым и ненадежным.

Эти негативные моменты возникают не только в процессе нагрева, но и в момент кристаллизации вещества. Усадка сварного шва при его охлаждении также меняет внутреннюю структуру вещества, происходит сжатие молекул. Продольные и поперечные силы, возникающие в плоскости сварки, являются основными причинами видоизменения изделия.

Изделия, обогащенные углеродом и другими химическими веществами, подвержены возникновению повышенного напряжения и видоизменения металла при сварке. Легированные стали в процессе сварки сильно изменяют свою структуру, в результате чего образуются колоссальные внутренние напряжения. Обогащенные металлы не возвращают прежнюю структуру, так как в них возникают закалочные структуры.

Технология проведения сварочных работ четко классифицирует различия при обработке конкретного вида железа, с учетом его строения, возможной степени деформации и стойкости к изменению внутренней структуры.

Какие существуют виды деформации металлов

Изменение строение металла в процессе обработки зависит от объемов воздействия внешних факторов. Изменения структуры могут иметь макроскопический объем, средние показатели изменения структуры (не выходящие за область кристаллических частиц) и изменения кристаллической решетки вещества.

Виды деформации металла:

• сжатие;
• растяжение;
• кручение;
• изгиб;
• срез (сдвиг).

Растяжение, сжатие и видоизменение вещества при резке являются простейшими видами внутреннего изменения вещества. Они могут проявляться в совокупности, в зависимости от способа воздействия на металл.

Изучением этих явлений занимаются: материаловедение, физика твердых тел и кристаллография.

У каждого вещества существует показатель его предела упругости, при достижении которого начинаются структурные изменения. Упругая деформация прекращается в момент устранения внешней нагрузки. Температура падает, структура сжимается и приходит в первоначальное состояние.

От чего зависит деформация свариваемого шва

Изменения структуры вещества проявляются из-за возникновения внутренних напряжений по основным и сопутствующим причинам.

Основные (неизбежные) причины

На скорость деформации металла оказывают влияние напряжения, сжимающие и расширяющие структуру внутренней полости изделия. Они могут действовать перпендикулярно, продольно и по касательной траектории относительно сварного шва.

Неравномерный нагрев обрабатываемого узла и линейная усадка при его охлаждении являются основными причинами видоизменения. Не только при сварке, но и возникающая деформация изделия при резке также частое явление на производстве железных конструкций. Резкое повышение температуры в области среза моментально разрушает кристаллическую решетку вещества, вызывая его видоизменение.

Сопутствующие причины

Внутри изделия также присутствуют аналогичные напряжения остаточного или временного характера. Они являются следствием обработки изделий ранее и сохраняются в кристаллической решетке вещества.

Как избежать изменения структуры при сварке

Приведем перечень основополагающих правил для предотвращения внутренних изменений железных изделий. К ним относятся:

• Соблюдение симметрии сварных швов;
• Предварительные расчеты возможных изменений;
• Количество пересечений сварных швов не должно быть более 3-х;
• Создание искусственной деформации, векторы напряжения которой прямо противоположны естественным напряжениям, возникающим в процессе сварки;
• Применение охлаждающих смесей и теплоотводящих веществ;
• Полное соответствие технологическому процессу согласно марке свариваемых поверхностей.

При производстве сварных работ металлических конструкций необходимо учитывать весь комплекс предупредительных и профилактических мероприятий, учет и выявление возможных необратимых последствий на стадии подготовки к сварке. Строгие расчеты, полное соответствие технологическому процессу и опыт проведения подобного вида работ будут залогом производства надежных и долговечных сварных узлов в металлоконструкциях.