Оборудование и технология монтажной

9. НАПРЯЖЕНИЯ В СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ 
Напряжения и деформации, возникающие в стальных конструкциях в 
процессе изготовления их сваркой, относятся к категории собственных. 
Они существуют в сварных конструкциях и при отсутствии действия на 
них внешних сил. Сварочные напряжения вызывают: 
а) искажение точности детали после механической обработки; 
б) потерю устойчивости конструкции; 
в) понижение сопротивляемости конструкции хрупким разрушени-
ям, усталостной прочности и хладостойкости; 
г) интенсификацию процессов коррозии; 
д) холодные и горячие трещины в сварных соединениях; 
е) затруднение сборки стальной конструкции. 
Знание причин возникновения сварочных напряжений позволяет 
разработать технологические приемы по их снижению или полностью уст-
ранению. К основным факторам, вызывающим сварочные напряжения, от-
носятся: литейная усадка расплавленного металла шва, неравномерность 
нагрева основного металла и структурные превращения, вызывающие из-
менения объема металла. 
Возникновение сварочных напряжений при кристаллизации металла 
шва (литейная усадка) связано с различной плотностью стали в жидком и 
твердом состояниях (для стали 
γ
Ж
=7,0г/см
3
, 
γ
ТВ 
= 7,8 г/см
3
). Исходя из ра-
венства веса металла в жидком и твердом состояниях, после кристаллиза-
ции объем металла уменьшается (
V
ТВ
=V
Ж
·
 γ
Ж
/γ
ТВ
). Но ввиду того, что кри-
сталлизующийся металл жестко связан с основным металлом, его усадка 
вызывает появление внутренних напряжений в металле. Величина объем-
ной усадки пропорциональна объему расплавленного металла и составляет 
для низкоуглеродистой стали 2 %, серого чугуна 0,65…1,2 %, меди – 2 %, 
алюминия – 1,8 %. 
Рассмотрим, как возникают внутренние напряжения от неравномер-
ного нагрева на примере сварки стыкового соединения (рис. 25). 

---

50
При наложении шва область металла, прилегающего к стыку, нагре-
вается на ширину 
в, что вызывает тепловое расширение свариваемых пла-
стин и соответственно уменьшение зазора 
δ. При охлаждении закристалли-
зовавшегося шва и зоны нагрева металл стремится сократиться, но этому 
препятствуют холодные слои металла и жесткая заделка пластин в узлах. 
Это приводит к возникновению растягивающих напряжений в сварном со-
единении. Величина упругих напряжений по закону Гука будет 
Е
L
в ⋅
=
∆
σ
. 
Таким образом, величину напряжений, возникающих от неравномер-
ного нагрева, можно уменьшить за счет уменьшения зоны разогрева (свар-
ка концентрированными источниками нагрева на повышенных скоростях, 
минимальных зазорах в стыке, рациональной разделке кромок и т. д.) и 
увеличении размера 
L.
Таблица 22