СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

МЕРЫ БОРЬБЫ СО СВАРОЧНЫМИ ДЕФОРМАЦИЯМИ И НАПРЯЖЕНИЯМИ

ЪО. Применяемые методы предотвращения или ликвидации сварочных деформаций и напряжений

Не касаясь таких основных приемов уменьшения сварочных деформаций и напряжений, как рациональный выбор: режима сварки, метода выполнения сварного шва, последовательности сборки и сварки конструкций, о которых частично уже гово­рилось, частично будет сказано в гл. XIII,—здесь необходимо остановиться на специальных методах борьбы со сварочными деформациями и напряжениями, применяемых в дополнение к отмеченным выше основным приемам.

Учитывая различный характер влияния на прочность конструк­ции общих деформаций, возникающих при сварке, свароч­ных напряжений и пластических деформаций, следует меропри­ятия по предотвращению тех и других рассмотреть порознь, хотя все методы влияют и на коробление и на напряжения, а некоторые пригодны и для предотвращения деформаций.

Рассматривая различные методы борьбы со сварочными де­формациями и напряжениями, их можно распределить на сле­дующие группы:

1) методы предотвращения короблений;

2) „ исправления покоробленных деталей;

3) „ предотвращения напряжений;

4) „ снятия сварочных напряжений.

К методам предотвращения коробления деталей могут быть отнесены такие приемы, которые применяются в процессе сварки. Среди этих приемов наиболее распространенными являются: закрепление деталей при сварке и обратный выгиб свариваемых деталей. Влияние закрепления свариваемых деталей на конечные деформации и напряжения было рассмотрено выше, причем было установлено, что закрепление уменьшало коробление лишь относительно широких листов; при узких листах (или режимах, дающих широкую зону разогрева — более 0,15 ширины листа) закрепление не только не уменьшает коробления, но может даже увеличить его. При этом во всех случаях закрепление увели­чивает пластические деформации растяжения в зоне вблизи шва.

14 Н. О - Окерб-юм. 2381.

Таким образом закрепление, как средство борьбы с короблением, может применяться в основном при сварке широких листов из мягкой малоуглеродистой стали, на работоспособность которот некоторое повышение пластических деформаций не оказываей влияния. Применение закрепления при сварке узких листов нецелесообразно потому, что не уменьшает коробления, а применение закреплений при сварке жестких сталей нераци­онально потому, что приводит к использованию значительной части пластических свойств.

Несколько особо стоит вопрос о применении закреплений' при сварке тонких листов, когда весьма полное закрепление листов оказывается целесообразным, что было отмечено в § 45.

При сварке элементов из толстых листов (например, тавриков из листов толщиною Солее 6 мм) наиболее целесообразно при­менять обратный выгиб. Обратный выгиб может быть осуще­ствлен различными способами: либо деталь упруго изгибают и в таком упруго изогнутом состоянии закрепляют на все время сварки, либо деталь, выгибая, доводят до остаточного прогиба, сварку детали производят в незакрепленном состоянии, причем в процессе сварки и остывания предварительный выгиб уничто­жается. Ниже, в § 61 и 62, рассмотрено влияние упругого и пластического выгибов на деформации и напряжения при на­плавке валика на кромку полосы.

К методам исправления покоробленных деталей относятся, помимо механической холодной и горячей правки, правка с при­менением нагрева газовой горелкой или путем наложения „хо­лостых швов*. Все эти методы правки не могут рассматриваться как полноценные приемы, позволяющие устранить коробление без снижения работоспособности сваренной детали. Тем не менее все эти методы правки применяются в производственной прак­тике с тем или иным успехом.

Следует отметить методы правки, использующие процесс сварки и местный сосредоточенный нагрев. Правка с помощью наложения дополнительных швов, не требующихся по конструк­ции, оказывает то же действие, что и наложение второго шва (§ 28). Учитывая, что при наложении продольного шва на изо­гнутую деталь ее изгиб сперва несколько увеличивается и лишь потом уменьшается, использование наложения дополнительных швов не может быть признано рациональным методом правки. Наложение поперечных швов нерационально потому, что вместо равномерного по всей длине уменьшения кривизны детали по­следняя выгибается в обратную сторону по ломаной линии с резко концентрированным приложением усилий и с доведе­нием ряда поперечных полос под валиками основного металла до пластического состояния.

Правка с помощью концентрированного нагрепа газовой го­релкой до температур, превышающих 600°, также не может рассматриваться как рациональный метод правки, однако отсут­ствие надежных способов предупреждения образования выпучин при сварке тонколистового материала заставляет допускать этот 210

метод для правки тонких листов в частях конструкции, не отра­жающихся на общей прочности сооружения. Применение нагрева выпучины пятнами (рис. 185) приводит к созданию растягиваю­щих напряжений, равных пределу текучести по всей площади пятна, и больших напряжений растяжения в остальной части листа. В то же время в промежутке между пятнами появляются напряжения сжатия одного направления и напряжения растяже­ния другого направления (на рис. 185 продольные). При этом в листе создается весьма сложное напряженное состояние, при котором участки с растягивающими напряжениями, равными пре­делу текучести, могут перемежаться с ненапряженными участками. При чрезмерном количестве пятен можно не только выправить, но и настолько натянуть лист, что использование его в качестве рабочего элемента окажется невозможным. Кроме того, сколько - нибудь равномерный прогрев по всей толщине может иметь место лишь при тонких листах; при листах значительной тол­щины к неравномерности распределения напряжений по площади листа добавится неравномерность по тол­щине. Поэтому и приходится ограничивать применение этого метода лишь для правки выпучин в тонких листах.

Методов полного предотвращения на­пряжений практически не существует, так как выполнить сварку без создания напряжений, равно как и клепку, гнутье, штамповку, литье и т. п., — невозможно.

Поэтому, говоря о предотвращении воз­никновения напряжений, приходится иметь в виду, прежде всего, поперечные на­пряжения, вызванные закреплением свариваемых деталей. В этом отношении при сварке плоских листов может быть исполь­зован обратный выгиб, который рассмотрен в § 63. При сварке более сложных деталей с целью предотвращения появления напряжения может быть использован подогрев. О значении по­догрева о его влиянии было отмечено в § 31. Следует лишь под­черкнуть, что подогрев кромок в редких случаях может ока­заться полезным. Гораздо более целесообразно производить по­догрев, несколько отступя от кромки.

Из методов снятия напряжений после сварки следует отме­тить: отжиг общий и местный (о чем было сказано в § 31), про - колачивание шва, термопластический метод, загружение проб­ной нагрузкой. Последний метод основан на тех положениях, которые были рассмотрены в § 57 и, по существу, всегда авто­матически применяется при первом загружении конструкции. Термопластический метод основан на том же принципе, но для создания растяжения в шве используется нагрев до 300° смеж­ных со швом зон и охлаждение зоны шва. Тогда расширение зон вдоль шва заставит растянуться и шов, вследствие чего в нем произойдут пластические деформации. После сстывания напряжения в шве и основном металле в известной мере сни­
мутся/Если учесть значение напряжений и пластических дефор­маций, отмеченное в § 58, то станет очевидной нецелесообраз­ность применения специальных мер снятия напряжений, подоб­ных термопластическому методу, при котором не имеющие ни­какого значения напряжения уничтожаются за счет создания пластических деформаций, имеющих гораздо более вредное влияние на прочность, чем напряжения.

Что касается проколачивания шва, то его использование для снятия напряжений основано на том, что, раздавая напла­вленный металл, можно дать шву такие размеры, при которых возникшие вследствие уменьшения ширины шва напряжения про­падут. Некоторые дополнительные данные об этом методе даны в §67.

Методы борьбы со структурными деформациями и напряже­ниями кратко освещены в § 64.