Деформации в сварных конструкциях появляются вследствие внутренних напряжений, которые вызываются различными причинами.

Причины возникновения этих напряжений можно разделить на две основные группы:

— неизбежные, без которых процесс обработки невозможен;

— сопутствующие, которые, в принципе, можно устранить.

К неизбежным причинам возникновения напряжений при сварке относятся, например, неравномерный нагрев, кристаллизационная усадка швов, структурные изменения металла шва и околошовной зоны и т. д.

К сопутствующим причинам возникновения напряжений и деформаций относятся такие причины, как:

— неверные конструктивные решения сварных узлов (неправильно выбранный тип соединения, слишком близкое расположение сварных швов, частое пересечение сварных швов т. п.);

— неправильное применение техники и технологии сварки (несоблюдение режимов сварки, неправильный выбор электродов, некачественная подготовка металла к сварке и т. д.);

— низкая квалификация сварщика.

Любой металл при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается. При изменении температуры изменяется структура металла, происходит перегруппировка атомов из одного типа кристаллической решетки в другой.

Например, олово способно переходить от одного типа кристаллической решетки к другому, причем со значительным изменением объема (до 26%). Это вызывает возникновение значительных внутренних напряжений, которые, в свою очередь, нередко приводят к образованию трещин. Если олово будет достаточно длительное время находиться при температуре — 20°C, оно начинает разрушаться от самопроизвольного растрескивания.

Изменение температуры приводит к перемещению частиц металла. Если такое перемещение будет встречать сопротивление, то в металле возникнет напряженное состояние.

Такое сопротивление может вызваться закреплением детали, препятствующим свободному растяжению или сжатию при нагревании или охлаждении.

Кроме того, напряжения в металле могут вызываться неравномерным нагреванием, когда одни области нагреваются больше, другие меньше.

Напряжения могут возникнуть также в результате изменений структуры.

Например, кристаллизационная усадка металла шва происходит из-за того, что металл шва при охлаждении уменьшается в объеме, но поскольку шов имеет жесткую связь с более холодным металлом, его усадка вызывает появление внутренних напряжений. Если же происходит кристаллизационная усадка незакрепленного (свободного) образца металла, это приведет только к его укорочению. В случаях, когда усадка имеет место при жестком закреплении свариваемых деталей или при неравномерном нагреве, в конструкции после охлаждения возникают внутренние напряжения, вызывающие ее деформацию.

Деформации, возникающие при сварке, принято разделять на следующие виды:

— временные и остаточные;

— местные и общие;

— в плоскости и вне плоскости сварного соединения.

Деформации, которые возникают в некоторый момент времени, при сварке, а после сварки исчезают, называются временными.

Деформации, возникающие в изделии к моменту его полного охлаждения, называются остаточными или конечными.

Местные деформации возникают в отдельных участках изделий (выпучины, волнистости и т. д.), деформации, при которых искривляются геометрические оси и изменяются размеры всего изделия, называются общими.

Деформации возможны в плоскости сварного изделия (рис. 1) — например, продольные и поперечные, а также вне плоскости (рис. 2).

Рис. 1.
Деформации в плоскости сварных соединений;
1 — форма соединения до сварки, 2 — после сварки.

Рис. 2.
Деформации вне плоскости сварных соединений:
а — серповидность балки, б — грибовидность полок балки, в — угловая деформация стыкового соединения, f — прогиб балки; 1, 2, 3, 4- порядок наложения швов