Причины возникновения напряжений и деформаций при сварке

Деформации в сварных конструкциях являются результатом наличия внутренних напряжений, которые могут вызываться различными причинами. К неизбежным причинам, способствующим возникновению напряжений и деформаций, относятся такие, без которых процесс обработки происходить не может - неравномерный нагрев, кристаллизационная усадка швов, структурные изменения металла шва и околошовной зоны и т. д.
К сопутствующим причинам, способствующим возникновению напряжений и деформаций, относятся неправильные решенная конструкции сварных узлов (близкое расположение швов, их частое пересечение, неправильно выбранный тип соединения и т. п.), применение устаревшей техники и технологии сварки (неверно выбраны способы наложения слоев и диаметр электрода, не соблюдаются режимы сварки и т. д.), низкая квалификация сварщика, нарушение геометрических размеров сварных швов и т. п.
Кристаллизационная усадка металла шва вызывается тем, что при охлаждении металл шва уменьшается в объеме, но поскольку одновременно шов имеет жесткую связь с относительно холодным основным металлом, его усадка вызывает появление внутренних напряжений.
Кристаллизационная усадка незакрепленного (свободного) образца приведет лишь к его укорочению. Если же усадка будет иметь место в условиях жесткого закрепления свариваемых деталей или в условиях неравномерного (неодинакового) нагрева, то в этом случае в конструкции после остывания образуются внутренние напряжения, вызывающие ее деформацию. В процессе снижения температуры в жестко закрепленной детали будут возникать силы растяжения, стремящиеся ее разорвать.

Классификация сварочных деформаций. Сварные конструкции в результате появления упругопластических деформаций в сварных соединениях могут изменить свои размеры и претерпеть общие деформации - продольные и поперечные, изгиба, скручивания и потери устойчивости.
В результате продольных и поперечных деформаций происходит сокращение элементов по длине и ширине, эти деформации образуются при симметричной укладке сварных швов.
Деформации изгиба появляются при несимметричном расположении сварных швов в конструкциях и сопровождаются продольным сокращением элементов (продольной усадкой) и поперечным сокращением (поперечной усадкой швов). Этот вид деформации в практике встречается довольно часто.
Деформации скручивания образуются вследствие несимметричного расположения швов в поперечных сечениях элементов и встречаются относительно редко.
Деформации потери устойчивости вызываются сжимающими напряжениями, которые образуются в процессе нагревания и остывания изделий.