Способи зменшення зварювальних деформацій м напруг
Зварювальні деформації внаслідок зміни розмірів і форми конструкцій істотно ускладнюють їх складання, погіршують зовнішній вигляд і експлуатаційні якості. Зварювальні напруги знижують опірність зварних конструкцій руйнування, особливо при впливі циклічних навантажень і агресивних середовищ. Тому застосовують різні способи зменшення або усунення зварювальних деформацій І напруг.
Заходи щодо зменшення деформацій і напружень можуть здійснюватися на різних стадіях виготовлення конструкції: до зварювання - на стадії проектування конструкції і технології виробництва, під час і після зварювання.
Заходи, що застосовуються переважно для зняття зварювальних напружень, впливають на деформації і, навпаки, заходи, що застосовуються переважно для зменшення деформацій, впливають на величину напруг. Розглянемо основні способи зменшення зварювальних деформацій і напружень.
Зменшення залишкових зварювальних напружень. Способи зменшення залишкових напружень ділять на термічні, механічні та термомеханічні. Найбільш ефективно зняття залишкових напруг способами, здійснюваними після зварювання.
До термічним способам "відносять попередній і супутній підігрів під час зварювання і високий відпустку після зварювання.
Підігрів знижує межа плинності металу в момент зварювання, що і впливає на формування і величину залишкових напружень. Зниження напруги при низькотемпературному підігріві (до 200-250 ° С) становить орієнтовно не більше 30-40%.
Загальний високий відпустку є найбільш ефективним методом зменшення залишкової напруги, так як дозволяє знизити напруження на 85-90% від Як скинути і одночасно поліпшити пластичні властивості зварних з'єднань. Високий відпустку складається з нагріву (для стали до температури близько 650 ° С), вьщержкі (2-4 ч) і повільного охолодження.
Місцевий відпустку застосовують для зняття пікових величин залишкових напружень і відновлення пластичних властивостей зварних з'єднань. При місцевому відпустці нагрівають до заданої температури лише частина конструкції.
Мал. 1. Розподіл залишкових зварювальних напружень у стиковому з'єднанні
Поелементний відпустку полягає в тому, що при монтажі великого барітних конструкцій піддаютьвідпустки окремі вузли кін струкции, що включають зони і елементи, де відпустку необхідний а потім ці вузли зварюють між собою найчастіше встик з повним проваром без концентраторів. Зазвичай в цих з'єднаннях передбачають зняття напружень місцевими способами (термічними або механічними).
Механічні способи (проковка, прокатка, вібрація, вибухова обробка, ультразвукова обробка, додаток навантаження до зварних з'єднань) засновані на створенні пластичної деформації металу зварних з'єднань, внаслідок чого відбувається зниження розтягуючих залишкових напружень.
Метал проковують безпосередньо після зварювання по гарячому металу або після його охолодження. Основна перевага цього методу полягає в простоті обладнання, що застосовується, універсальності і оперативності.
Прокатка забезпечує більш рівномірну пластичну деформацію металу в порівнянні з проковуванням і в основному призначена для усунення залишкових деформацій.
Додаток навантаження до зварних з'єднань здійснюють розтягуванням або вигином елементів. Підсумовування залишкових та доданих напружень викликає пластичні деформації подовження і після зняття навантаження зниження максимальних напружень.
Поряд з розглянутими механічними методами для зняття напружень починають використовувати вібрацію, ультразвукову та вибухову обробку.
Термомеханічні способи засновані на одночасному протіканні теплових і механічних процесів.
Способи зменшення зварювальних деформацій. Всі заходи по зменшенню деформацій можна розділити на три групи в зач залежності від того, чи застосовують їх до зварювання, в процесі зварювання або після неї.
Заходи, що застосовуються до зварювання.
1. Раціональне конструювання зварного вироби, яке включає: - зменшення кількості наплавленого металу і відповідно кількості введеного при зварюванні тепла за рахунок зменшення зварних швів і їх перетинів; - Уникнення скупчень і перехрещень швів; - Симетричне розташування швів для врівноваження деформацій; - Симетричне розташування ребер жорсткості, накладок, косинок і т. Д. І їх мінімальне використання.
2. На стадії розробки технології доцільно передбачати: - розміри і форму заготовок з урахуванням величини виникаючих прй зварюванні усадок; - Попередню деформацію заготовок, яка була б протилежною, ніж очікували зварювальної деформації; - Правильний вибір виду зварювання, враховуючи, що деформації при ручному зварюванні, як правило, більше, ніж при автоматичному, а деформації при зварюванні під флюсом більше, ніж при зварюванні у вуглекислому газі.
Заходи, що застосовуються в процесі зварювання: - - зниження погонной енергії при призначенні більш економічних режимів; - Штучне охолодження зони зварювання, наприклад, водою, водо-охолоджуваними мідними накладками і т. Д. Для зменшення зони нагріву і відповідно зварювальних деформацій; - Закріплення виробів, що зварюються в жорстких пристроях; застосування багатошарових швів замість одношарового, проковка швів після кожного проходу; - Раціональна послідовність зварювання для врівноваження деформацій, застосування обратноступенчатий способу зварювання, що полягає в тому, що всю довжину шва розбирають на окремі ступені і зварювання кожного ступеня виконують в напрямку, зворотному загальному напрямку зварювання.
Заходи, які було подано після зварювання: механічна правка зварних виробів для створення пластичних деформацій, зворотних зварювальним, шляхом розтягування, вигину, місцевого деформування проковуванням, прокаткою роликами, осадкою металу по товщині під пресом і ін .; - Теплова правка місцевим нагріванням. Розширюється при місцевому нагріванні метал осаджується прилеглим холодним металом, тому після охолодження розміри нагрітого ділянки зменшуються, що призводить до усунення місцевих деформацій (хлопунов, випучин і т. Д.); - Високий відпустку деталей в затискних пристроях.