IMG99

9. Naprężenia i odkształcenia w połączeniach spawanych

9.1. Odkształcenia w cyklu cieplnym spawania

Odkształcenia i naprężenia w połączeniach spawanych występują na skutek oddziaływania sił wewnętrznych powstających w wyniku nierównomiernego nagrzewania elementów w procesie spawania oraz rozszerzania się i skurczu metalu pod wpływem cyklu cieplnego. Naprężenia te i odkształcenia są spowodowane zmianami stanu fizycznego materiału i w odróżnieniu od naprężeń oraz odkształceń wywołanych siłami zewnętrznymi działającymi na konstrukcję określa się je jako naprężenia i odkształcenia własne.

Naprężenia i odkształcenia własne można sklasyfikować ze względu na:

-    przyczynę ich powstawania,

-    czas i obszar ich oddziaływania,

-    objętość, w której są zrównoważone siłami reakcji.

Ogólną klasyfikację naprężeń i odkształceń własnych przedstawiono na rysunku 9.1.

W procesie spawania mogą występować w metalu naprężenia i odkształcenia sprężyste lub naprężenia i odkształcenia sprężyste i plastyczne. Odkształcenia sprężyste są proporcjonalne do występujących naprężeń. Naprężenia, których kierunek jest zgodny z osią spoiny, nazywamy naprężeniami wzdłużnymi o_v, naprężenia działające prostopadle do osi spoiny nazywamy naprężeniami poprzecznymi a,„ a naprężenia działające w kierunku prostopadłym do płaszczyzny, na której wykonano spoinę, naprężeniami normalnymi a,.

Naprężenia i odkształcenia miejscowe występujące w różnych miejscach spawanego materiału wywołują przemieszczanie się określonych punktów konstrukcji, powodując odkształcenia całkowite. Mogą się one przejawiać w postaci skrócenia elementów, zginania, utraty stateczności belek itp.

Odkształceniowy cykl spawania jest wynikiem działania cyklu cieplnego. Rozprzestrzenianie się i przesuwanie ruchomego pola temperatur wywołują w obszarze połączenia spawanego zmienne naprężenia. Na wielkość i charakter tych naprężeń duży wpływ ma rodzaj przemian fazowych, jakie zachodzą w SWC, oraz sztywność i ułożenie węzła spawanego. Na rysunku 9.2 przedstawiono zależność a = /(e) w wypadku wyidealizowanego modelu spawania doczołowego dwóch blach. W punkcie A strefy wpływu ciepła powstają podczas nagrzewania naprężenia ściskające. W wypadku stali konstrukcyjnych zależność o = /(e) jest liniowa i zgodna z prawem Hooka do temperatury 300°C.

509