СПОСОБИ ЗМЕНШЕННЯ ЗВАРЮВАЛЬНИХ Деформації І НАПРУГ
Зварювальні напруги призводять до утворення дефектів у зварному з'єднанні і знижують опірність зварних конструкцій руйнування. Залишкові зварювальні напруги накладаються на робочі напруги, які виникають в металі при експлуатації зварного вироби. Утворені загальні напруги можуть перевищить допустимі для конкретного металу значення, що призведе до руйнування зварного вироби. Крім того, при плануванні подальшої обробки різанням зварних конструкцій з великими залишковими зварювальними напруженнями слід враховувати, що механічна обробка може привести до порушення взаємного рівноваги внутрішніх сил (внутрішні залишкові напруги врівноважені). В результаті зняття шару метал відбувається перерозподіл залишкових напружень у виробі і оброблена деталь може мимоволі деформуватися після її вилучення з закріплюють пристосувань.
Зварювальні деформації внаслідок зміни розмірів і форми виробів суттєво ускладнюють їх складання, погіршують зовнішній вигляд і експлуатаційні якості.
Тому застосовуються різні способи, спрямовані на зменшення або усунення зварювальних деформацій і напружень. Явища освіти залишкових напруг і деформацій при зварюванні знаходяться у взаємному зв'язку між собою, але проявляються в багатьох випадках в протилежних напрямках. У зварних конструкціях, виготовлених без помітних деформацій, залишкові напруги досягають високих значень. Навпаки, в сильно деформованих при зварюванні конструкціях величина залишкових напруг мала. Внаслідок цього деякі заходи щодо зменшення залишкових деформацій протилежні заходам щодо зменшення залишкових напружень. Однак, в числі заходів щодо зменшення залишкових напруг є такі, які ведуть і до зменшення деформацій.
Всі заходи по зменшенню залишкових напружень і деформацій можна розділити на три групи: заходи, що виконуються до зварювання; виконувані в процесі зварювання; виконувані після зварювання.
До заходів, виконуваних до зварювання відносяться раціональне конструювання зварного вироби (конструкційні заходи) і розробка технології (технологічні заходи).
До заходів, що виконуються в процесі зварювання і після зварювання відносяться технологічні заходи.
ЗАХОДИ ЩОДО ЗМЕНШЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУГ
1. Технологічні заходи, що виконуються в процесі зварювання
1.1. Попередній і супутній підігрів
Підігрів сприяє зменшенню ступеня нерівномірності розподілу температур при зварюванні і зниження жорсткості металу зварюються.
2. Технологічні заходи, що виконуються після зварювання
2.1. термічний спосіб
Відпустка після зварювання є найбільш ефективним способом зменшення залишкових напруг, тому що дозволяє знизити залишкові напруги на 85-90% від вихідних значень і одночасно поліпшити пластичні властивості зварних з'єднань. Відпустка може бути загальним, при якому нагрівається весь виріб, і місцевим, коли нагрівання піддають лише його частина в зоні зварного шва. Перевага загального відпуску полягає в тому, що зниження напруги відбувається у всій зварної конструкції незалежно від її складності.
Найбільш часто застосовують високий відпустку при температурі нагріву 550 - 680 ° С. Операція відпустки виконується в три стадії: нагрівання, витримка при температурі відпустки і охолодження. Витримка зазвичай становить 2 - 4 год, після чого проводиться природне охолодження на повітрі.
2.2. механічні способи
Механічні методи засновані на створенні пластичної деформації металу зварних з'єднань, внаслідок чого відбувається зниження залишкових напружень.
Метал проковують безпосередньо після зварювання по гарячому металу або після його охолодження. Основна перевага цього способу - простота застосовуваного обладнання, універсальність і оперативність.
Мал. 43С. Прокатка зварного вироби з метою зменшення залишкових напруг
1 - зварні шви; 2 - накладка; 3 - сталеві правлячі ролики; Р - зусилля прокатки.
Для зменшення залишкових напруг застосовується прокатка зварних швів за принципом протягання (рис. 43С). В цьому випадку шов, який прагне стиснутися, буде примусово деформований в напрямку збільшення довжини, що, відповідно, призведе до зменшення розтягуючих його залишкових напружень.
2.2.3 Додаток навантаження до зварних з'єднань
Додаток навантаження до зварних з'єднань здійснюється розтягненням або вигином. Підсумовування залишкових та доданих напружень викликає пластичні деформації подовження і після зняття навантаження зниження максимальних залишкових напружень.
ЗАХОДИ ЩОДО ЗМЕНШЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ Деформації
Конструктивні заходи, що виконуються до зварювання
Мал. 44с. Конструктивні заходи по зменшенню залишкових деформацій
У процесі конструювання зварних виробів необхідно прагнути:
- до зменшення загальної кількості наплавляємого електродного і розплавляється основного металів;
- до зниження тепловкладення при зварюванні в результаті зменшення перетинів зварних швів, їх довжини і кількості в звареної конструкції;
Крім того, слід:
- не допускати в конструкціях надмірних скупчень і перетинів зварних швів (рис. 44с, а);
- уникати призначення зварних швів в місцях, що зазнали попередню пластичну деформацію (рис. 44с, б);
- використовувати симетричне розташування зварних швів щодо загального центра ваги вироби з метою взаємного урівноваження виникають згинальних моментів;
- раціонально вибирати тип зварних з'єднань, віддаючи перевагу стикових з'єднань, як найбільш міцним.
Мал. 45С. Конструктивні заходи по зменшенню кутових деформацій.
При проектуванні звареної конструкції необхідно передбачати конструктивні елементи, що знижують кутові деформації. Кутові деформації можу бути знижені:
- зменшенням перетину шва в результаті заміни V-подібної обробки (рис. 45С, а) на U - образну (рис. 45С, б);
- симетричним розміщенням спрямованого металу відносно центра ваги перерізу шва в результаті заміни V-подібної обробки (рис. 45С, а) на Х - образну (рис. 45С, в)
- застосуванням ребер жорсткості (рис. 45С, г)
Технологічні заходи, що виконуються до зварювання
На стадії розробки технології доцільно передбачати розміри і форму заготовок з урахуванням величини виникаючих при зварюванні деформацій.
1. Деформації в площині зварного з'єднання (поздовжня і поперечна деформації зварного з'єднання)
Мал. 46С. Технологічні заходи по зменшенню впливу поздовжньої і поперечної деформацій на розміри зварного з'єднання
Вплив деформацій поперечної (п) і поздовжньої (пр) усадок на розміри зварного з'єднання можна зменшити збільшенням розмірів заготовок під зварювання на величину передбачуваної деформації (рис. 46С).
2. Деформації поза площиною зварного з'єднання
Для зменшення деформацій поза площиною зварного з'єднання застосовується спосіб зворотних деформацій. Суть цього способу полягає в тому, що деталі перед зварюванням розташовуються так, щоб після зварювання вони взяли необхідне взаємне розташування.
2.1. Зменшення кутових деформацій
Мал. 47С. Зменшення кутових деформацій
Кутова деформація може бути знижена попередніми зворотним кутовим вигином α заготовок перед зварюванням (рис. 47С).
2.2. Зменшення деформацій вигину
Мал. 48С. Зменшення деформацій вигину
1 - зварювані заготовки; 2 - зварні шви; 3 - джерело теплоти; Рппр - зусилля попереднього прогину
Деформація вигину може бути знижена в результаті попереднього зворотного вигину заготовок перед зварюванням зусиллям Рппр (зусилля попереднього прогину) (рис. 48С).
Технологічні заходи, що виконуються в процесі зварювання
1. обратноступенчатий спосіб зварювання
Мал. 49С. Зменшення поперечної і поздовжньої усадки зварного з'єднання 1 ... 6 - послідовність укладання валиків в процесі зварювання стикового з'єднання
Деформації поперечної і поздовжньої усадки можна зменшити в результаті призначення раціональної послідовності укладання зварних швів (зварювання обратноступенчатим способом). Сутність зварювання назад-ступінчастим способом полягає в тому, що весь шов розбивається на короткі ділянки, довжиною від 100 до 300мм і зварювання цих ділянок виконується в зворотних напрямках з таким розрахунком, щоб закінчення кожного даної ділянки збігалося з початком попереднього (рис. 49С). У деяких випадках при визначенні довжини ділянки за основу беруть таку довжину, яку можна заварити одним електродом. У цьому випадку перехід від дільниці до дільниці можна поєднати зі зміною електрода.
Деформація вироби в даному випадку виходить значно менше, тому що деформації коротких швів не в змозі викликати значну деформацію всього виробу. Крім того, при цьому способі забезпечується більш рівномірний розподіл теплоти уздовж зварного шва, ніж при безперервній зварюванні, що призводить до зниження рівня власних напружень.
2. Жорстке закріплення зварювальних заготовок
Мал. 50С. Зменшення кутових деформацій
Рпр - зусилля притиску зварюються заготовок
Кутова деформація може бути знижена жорстким закріпленням заготовок при зварюванні із зусиллям РПР (зусилля притиску) (рис. 50С).
Заготовки закріплюються в спеціальних пристроях (кондукторів), в яких виробляють зварювання. Зварене з'єднання вилучають із кондуктора тільки після повного охолодження. Однак при цьому способі можуть виникнути внутрішня напруга, для зняття яких зварений вузол піддають подальшій термообробці.
3. Спосіб врівноваження деформацій
Для зменшення деформацій застосовують також спосіб урівноваження деформацій, при якому має значення черговість накладення швів. Черговість накладання вибирають такий, щоб наступний шов викликав деформації, зворотні деформацій, отриманим при накладенні попереднього шва
3.1. Зменшення кутових деформацій
Кутова деформація при багатопрохідної зварюванні (рис. 51С, а) може бути знижена в результаті послідовного переходу при зварюванні окремих валиків з одного боку перетину на іншу. Після зварювання валика №1 в результаті поперечної усадки зварного шва виникає кутова деформація α1 (рис. 51С, б). Після зварювання валика №2 виникає зворотна деформація, частково компенсує кутову деформацію від зварювання першого валика і т.д.
3.2. Зменшення деформацій вигину
Мал. 52С. Зменшення деформацій вигину
ЦТ - центр ваги зварного вироби; 1 ... 4 - раціональна послідовність укладання швів в процесі зварювання двотаврової балки кутовими швами.
При зварюванні просторових конструкцій необхідна раціональна послідовність укладання швів відносно центра ваги зварного вироби, що знижує деформації вигину.
Після зварювання шва №1 (Рис. 52С, а) в результаті його поздовжньої усадки виникає прогин балки f1 (рис. 52С, б). Після зварювання шва №2 виникає зворотна деформація, частково компенсує деформацію вигину від зварювання першого шва і т.д. В результаті двотаврова балка після зварювання матиме найменшу деформацію вигину.
Технологічні заходи, що виконуються після зварювання