Каждый сварщик должен не только мастерски выполнять сварочные швы, но и понимать, как они могут повлиять на общую конструкцию. Во время сварочных работ зона шва нагревается до 3000⁰ C, в то время как остальная часть изделия остаётся относительно холодной. Такие резкие температурные перепады могут привести к деформации деталей и, в худшем случае, к списанию всего изделия.

В данной статье мы разберем ключевые виды деформаций, причины их возникновения и методы борьбы с ними.


Что такое напряжение в металле и деформации?

Напряжение в металлоконструкции — это механическое воздействие, возникающее в зоне сварного шва, которое влияет на геометрическую целостность конструкции. Существуют несколько основных типов напряжений:

- растягивающее;

- сжимающее;

- изгибающее;

- выкручивающее.

Деформация, в свою очередь, представляет собой изменение геометрической формы конструкции, возникающее под воздействием внутренних напряжений или изменения структуры металла. Деформация может проявиться сразу после сварки или развиться в процессе остывания металла.

Простой пример деформации можно наблюдать при соединении двух металлических листов с помощью сплошного шва: после сварки они могут изгибаться, принимая V-образную форму.


Почему возникают напряжения и деформации при сварке?

Внутренние напряжения в металле формируются в результате локального нагрева и соответствующего расширения. После завершения сварки металл остывает и сжимается, что может привести к деформации других частей конструкции.

Также во время сварки в металле могут происходить структурные изменения: длительный нагрев может закаливать металл и изменять его плотность, что приводит к напряжению в соседних участках и образованию трещин в шве.

Другим источником деформаций может стать соединение различных металлов, таких как углеродная и легированная сталь. Каждое из этих изделий имеет свой коэффициент линейного расширения, и в процессе остывания одно изделие неизбежно влияет на другое.

Дополнительные причины деформаций включают:

- резкое охлаждение конструкции. Сварщики могут помещать изделия в воду или поливать их для ускорения остывания;

- неверный выбор зазоров. Перед началом работ важно правильно определить необходимые допуски, чтобы компенсировать тепловое расширение;

- ошибки в подготовительных работах. Сварка с неправильным зазором или без необходимой фаски приводит не только к снижению прочности, но и к деформациям;

- некорректно выбранные параметры сварки. Слишком высокая сила тока или неподходящий диаметр электрода могут привести к перегреву и искажению конструкции;

- несоблюдение последовательности наложения швов. Использование коротких швов в разных местах может снизить риск деформации конструкции. Нарушение технологии сварки в большинстве случаев ведёт к деформациям.


Как классифицируются деформации?

Деформации можно классифицировать по нескольким критериям:

- Причины возникновения: тепловые (связанные с высокими температурами) и структурные (изменяющие кристаллическую решётку металла).

- Место появления: локальные (на небольшом участке шва) или общие (по всей длине шва).

- Направление деформации: линейные, плоские и объемные.

- Период возникновения: временные (исчезают при остывании) и остаточные (остаются даже после полного охлаждения).


Как избежать деформаций?

Предотвратить деформации можно уже на этапе сборки конструкции, оставив необходимые зазоры для теплового расширения металла.

Например, если сварщику необходимо создать калитку с перемычками длиной 500 мм, важно установить расстояние между стойками в 503 мм, чтобы учесть тепловое расширение.

Опытные сварщики также рекомендуют применять следующие приемы:

- использовать временные прихватки для противодействия стягивающим силам;

- разбивать длинные швы на более короткие;

- применять обратноступенчатый метод сварки;

- соединять соседние параллельные швы в разных направлениях;

- использовать аппараты с импульсным режимом;

- сокращать количество проходов, если это возможно;

- использовать медные подложки для отвода тепла при работе с тонкими деталями;

- при двухсторонней сварке чередовать наложение швов с каждой стороны.


Как бороться с остаточными напряжениями и деформациями?

Наиболее эффективным методом борьбы с остаточными деформациями является отжиг. Для этого соединенные детали помещают в специализированную печь, где их нагревают до 550-680⁰ C и выдерживают несколько часов, после чего дают медленно остыть. Хотя этот метод весьма эффективен, он требует значительного времени и затрат на оборудование, поэтому его применяют в основном на крупных производствах.

Альтернативный, более доступный метод заключается в использовании газовой горелки или ручного резака для локального нагрева соединенных деталей, которые затем выравниваются под прессом или с помощью молотков и киянок.