СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

РЕГУЛИРОВАНИЕ И УСТРАНЕНИЕ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Все известные методы борьбы со сварочными деформациями в той или иной мере изменяют напряженное состояние.

Если основным требованием является устранение деформаций, то перераспределением напряжений обычно не интересуются. И наоборот, устраняя остаточные напряжения, не придают осо­бого значения деформациям (перемещениям) сварной конструкции, хотя последние при этом могут изменяться. Разделение методов борьбы со сварочными напряжениями и деформациями на две группы является условным и зависит от основного назначения того или иного метода.

Предварительный и сопутствующий подогрев при сварке сни­жает тепловложение при сварке для образования сварного соеди­нения. При этом уменьшаются размеры зон, нагреваемых свароч­ным источником тепла, что может привести соответственно к умень­шению объема металла, где протекали пластические деформации и образовались растягивающие напряжения. Помимо уменьшения объема пластически деформированного металла, при подогреве может снизиться максимальный уровень остаточных растягива­ющих напряжений.

Данные различных авторов о степени снижения напряжений за­метно расходятся. По данным Купца [123], снижение растягива­ющих продольных напряжений в шве при подогреве до 200° С достигает даже 50%. Однако не следует переоценивать возмож­ности низкотемпературного подогрева как средства снижения оста­точных напряжений. Существенное влияние подогрев может ока­зать на образование остаточных напряжений от структурных пре­вращений. Изменяя условия охлаждения, подогрев изменяет ди - латограмму металла при новом термическом цикле, что отражается на распределении остаточных напряжений.

Проковку металла можно производить непосредственно после сварки по горячему металлу или после остывания. При проковке благодаря осадке металла в направлении удара происходит расши­рение его в двух других направлениях. Растягивающие напряже­ния снижаются, а при интенсивной проковке даже переходят в сжи­мающие. Эффект проковки распространяется обычно на относи­тельно небольшую глубину, в пределах до 10 мм и менее. Такая операция может уменьшить вероятность появления холодных тре­щин. Остаточные напряжения сжатия являются надежным сред­ством повышения прочности сварных соединений и конструкций, работающих при переменных нагрузках [54].

Наряду с положительным влиянием проковки пластичных ме­таллов известны случаи резко отрицательного влияния этой опе­рации на прочность тонкостенных сосудов давления из малопла­стичных металлов. Проковка, производимая при комнатной тем­пературе, уменьшает пластичность металла в зоне ударов молотка, 180 что приводит к преждевременному разрушению сосуда, испытывае­мого внутренним давлением.

Прокатка зоны сварного соединения роликами в основном ре­комендуется для устранения деформаций листовых конструкции. Одновременно происходит значительное понижение растягива­ющих напряжений и переход их в сжимающие. Этот метод отли­чается весьма равномерной пластической деформацией и в этом отношении выгодно отличается от проковки как средства снижения растягивающих напряжений (п. 56).

Приложение нагрузки к сварным соединениям можно приме­нять как в процессе сварки, так и после нее. Снижение остаточных напряжений может оказаться весьма значительным 147, 118]. Несмотря па эффективность такого приема, применение его в большинстве случаев сопряжено с трудностями практического использования.

Разновидностью метода приложения нагрузки к сварному со­единению является термомеханический метод снятия остаточных напряжений (метод Линде). Метод состоит в том, что участки основного металла, находящиеся по обе стороны от зоны пласти­ческих деформаций, нагреваются движущейся горелкой или ин­дуктором до температуры 150—200° С и непосредственно после нагрева охлаждаются водой. Создаются два движущихся нагре­тых пятна металла, которые расширяются и растягивают допол­нительно зону пластических деформаций. После остывания ма­ксимальные растягивающие напряжения оказываются снижен­ными.

Частным случаем приложения нагрузки является вибрация сварных соединений и конструкций. Заметное снижение остаточ­ных напряжений происходит при напряжениях, превышающих предел выносливости металла. Способ ракомендуется при необ­ходимости несколько понизить максимальные остаточные напря­жения.

Как средство перераспределения остаточных напряжений ис­пользуют местный нагрев. Вблизи зоны местного нагрева, сопро­вождавшегося пластической деформацией, после остывания обра­зуются напряжения сжатия. Местный нагрев с целью создания благоприятного поля напряжений рекомендован как средство по­вышения вибрационной прочности деталей [38].

Высокий отпуск сварных конструкций получил наибольшее распространение в промышленности. Основное преимущество его в том, что снятие напряжений происходит во всей сварной кон­струкции, независимо от ее сложности и конфигурации.

Степень снятия напряжений в случае необходимости может достигать 85—90% от исходного уровня. Высокий отпуск — прак­тически единственный способ, когда одновременно с напряжениями первого рода снимается наклеп и напряжения второго и третьего родов. Высокий отпуск сварных конструкций по объему приме­нения в машиностроении далеко превосходит все остальные спо­собы борьбы с остаточными напряжениями вместе взятые. Сред­ства, затрачиваемые на его осуществление, весьма значительны. Поэтому всестороннее изучение этого процесса представляет не только научный, но и большой народнохозяйственный интерес.