Рис. 8.5. Схема возникновения временных и остаточных напряжений при сварке:

I сварочный шов; 2 — ЗТВ; 3 свариваемая сталь

калки эти напряжения характеризуются эпюрой на рис. 8.4, п, а после нормализации — эпюрой на рис. 8.4, р.

При термической обработке в период нагрева в изделии могут возникать значительные временные напряжения, эти напряжения будут особенно велики, пока при нагреве не произойдет переход наружных слоев в пластичное состояние. В этом случае напряжения между упругим расширившимся внешним слоем и упругой, не расширившейся сердцевиной будут особенно велики. Такие условия соответствуют прогреву внешних слоев нетеплоустойчивых сталей до 300 °С, а теплоустойчивых сталей даже до 450 °С. В этот период нагрева под влиянием больших временных напряжений в изделии могут возникать трещины. Склонность к образованию трещин в этот период нагрева может усугубляться изменением свойств стали при указанном нагреве в связи с проявлением охрупчивающего апияния дисперсных выделений, если они при этом образуются. Поэтому для сталей, склонных к старению 160

при нагреве на 200—450 °С, мерой предотвращения появления трещины может быть уменьшение скорости нагрева.

Поскольку при охлаждении после отпуска структурные превращения не происходят, характер и величина остаточных напряжений определяются только тепловым сжатием. Эти напряжения в изделии по величине могут быть больше, чем напряжения, возникающие после закалки, поскольку нет процессов структурных превращений, уменьшающих тепловые напряжения. Для снижения уровня напряжений, возникающих при охлаждении после отпуска, надо уменьшать скорость охлаждения, а следовательно, и градиенг температур между наружными и внутренними слоями. Однако надо учитывать тот факт, что у некоторых сталей, склонных к дисперсионному упрочнению в интервале 650—300 °С или к отпускной хрупкости, замедленное охлаждение может вызвать неблагоприятное изменение свойств. Подход к выбору условий охлаждения после отпуска для каждой стали должен быть индивидуальным.

Закономерности возникновения остаточных зональных напряжений в зоне сварного соединения (рис. 8.5) аналогичны рассмотренным. При сварке решающее значение имеет локальность нагрева. Поэтому остаточные напряжения в сварном соединении возникают между нагревавшимся и ненагревавшимся металлом. Поскольку сварке, как правило, подвергают низкоуглеродистые стали, решающее значение для возникновения остаточных напряжений имеют тепловые изменения объемов, а структурные изменения играют второстепенную роль.

Рассмотрим часть сварного изделия (рис. 8.5, а). Распределение температуры г и объемов металла V после завершения сварки в сечении А—А показано на рис. 8.5, б, а распределение временных напряжений на рис. 8.5, в. Основной причиной возникновения временных напряжений является разница температур (и соответствующая ей разница объемов) находящегося в упругом состоянии металла ЗТВ и свариваемой стали. После остывания всего сечения сказываегся разница в объемных тепловых изменениях в основном металле шва и ЗТВ, что приводит к возникновению остаточных напряжений (рис. 8.5, г). Структурные остаточные напряжения при сварке могут возникать только в зонах, нагревавшихся выше температуры Асх, — в ЗТВ и шве. Для сварки низкоуглеродистой стали они будут невелики (рис. 8.5, д). Поэтому суммарные остаточные напряжения (рио. 8.5, е) будут в основном определяться тепловой составляющей остаточных напряжений. При сварке низкоуглеродистых, частично закаливающихся сталей (15Х5М, 12ХМ и др.) низкоуглеродистыми неза-каливающимися швами (типа 08А, Х18Н10, Х23Н13) роль структурных напряжений в возникновении остаточных напряжений несколько увеличивается благодаря структурным превращениям в ЗТВ. Эпюра структурных напряжений для этого случая показана на рис. 8. 5, ж, а суммарных — на рис. 8.5, з. При сварке