ВНУТРЕННИЕ УСИЛИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СВАРКЕ

Мероприятия по уменьшению деформаций при сварке

Образование остаточных напряжений и деформаций при сварке вызывается появлением внутренних усилий при местном нагреве металла. Оба эти явления находятся во взаимной связи, но проявляются при сварке конструкций в различной степени и во - многих случаях в противоположных направлениях.

В изготовленных без заметных искривлений сварных конст­рукциях остаточные напряжения растяжения часто достигают весьма высоких значений. Наоборот, в сильно деформированных при сварке конструкциях остаточные напряжения растяжения могут быть невелики. Вследствие этого, некоторые мероприятия по уменьшению остаточных деформаций будут противоположны мероприятиям по уменьшению остаточных напряжений.

Мероприятия по уменьшению деформаций можно разделить на три вида: 1) конструктивные, 2) технологические, проводимые в процессе сварки и 3) технологические, проводимые после сварки.

Основное внимание при изготовлении сварных конструкции обычно уделяется конструктивным и технологическим мероприя­тиям, выполняемым в процессе сварки. Главная задача этих мероприятий состоит в том, чтобы не допустить искривления продольной и поперечной осей конструкции и избежать выпучи­вания или волнистости листов от потери устойчивости.

К конструктивным мероприятиям относятся следующие:

1. Сечение швов не должно быть больше, чем требуется по условиям прочности, так как это увеличивает активную зону, а следовательно, и активные внутренние усилия.

2. Швы необходимо располагать по возможности ближе к осям, проходящим через центр тяжести изделия, или на самих осях, чтобы уменьшить плечи моментов от действия активных внутренних усилий.

3. Каждую пару параллельных швов следует располагать в одной плоскости, проходящей через центральную ось изделия, чтобы моменты от активных внутренних усилий швов уравно­вешивались и не порождали искривления конструкции относи­тельно этой оси.

4. Количество швов в конструкции должно быть по возмож­ности меньшим, в целях снижения усадочных усилий, действу­ющих на конструкцию.

5. Припуски деталей на усадку должны быть установлены правильно, чтобы после оварки размеры конструкции соответ­ствовали проектным.

6. Для ограничения угловой деформации, т. е. выхода дета­лей из плоскости соединения, необходимо уменьшать угол рас­кроя V-образных швов или применять Х-о:бразные швы при больших толщинах свариваемых листов.

7. Предусматривать в кондукторах зажимы для правильной установки деталей. при сборке, причем характер действия. зажи­мов должен обеспечивать свободное перемещение деталей в их плоскости по направлению поперечной усадки и препятствовать угловой деформации. Действие жестких зажимов должно обес­печивать создание требуемых ограничений в зависимости от хода деформации.

8. В конструкциях коро-бчатого сечения и плоских, имеющих замкнутые контуры сварных швов, с целью ограничения возмож­ных вьгпучин или вогнутостей в листовых деталях от потери устойчивости, необходимо предусматривать ріаспорки, диафраг­мы или ребра жесткости.

К технологическим мероприятиям по уменьшению де­формаций, проводимым в процессе сварки, относятся сле­дующие.

1. Режим сварки необходимо выбрать таким, чтобы ширина активной зоны была по возможности меньшей. Для равномер­ного нагрева металла по толщине целесообразно повышать плот­ность тока, чтобы провар металла был глубоким.

Глубокий провар поясных швов тавра и стыковых соединений способствует выравниванию поперечной усадки по толщине шва и уменьшает угловую деформацию.

В некоторых случаях при выполнении второго из двух сим­метричных относительно оси изделия швов целесообразно повы­шать режим сварки для увеличения активной зоны, с тем чтобы усилиями второго шва полностью устранить прогиб, вызванный наложением первого шва.

2. Швы следует выполнять в таком порядке, при котором деформация от предыдущего шва ликвидируется обратной дег формацией после наложения последующего шва.

Противоположные параллельные швы целесообразно выпол­нять одновременно или попеременно участками.

3. Обратноступенчатый метод сварки вызывает меньшие де­формации, так как внутренние усилия, порождаемые усадкой металла, действуют на сравнительно небольшие области метал­ла и к тому же они на соседних участках направлены в проти­воположные стороны.

4. Проковка швов в процессе сварки заметно уменьшает де­формации. Последний облицовочный слой шва проковывать не рекомендуется, чтобы не вызвать появления трещин на поверх­ности шва.

5. Предварительный подогрев всего свариваемого изделия снижает остаточные напряжения и уменьшает остаточные де­формации.

6. Искусственное охлаждение разогретого. металла теплоот­водящими подкладками или проточной водой уменьшает актив­ную зону и снижает продольную усадку. Однако такое меро* приятие при одностороннем действии может вызвать неравно­мерность нагрева по толщине металла и способность появлению угловой деформации.

7. Для устранения прогиба імож'но применять предваритель­ный выгиб свариваемых изделий. Это компенсирует усадку шва после освобождения изделия от изгибающих усилий и таким об­разом понижает остаточные напряжения и деформации.

8. Сжатие шва перед началом остывания понижает деформа­ции. Это имеет место при электроконтактной и газопрессовой сварках.

Выдавливание расплавленного ’металла. после нагрева умень­шает активную зону, 'поэтому остаточные напряжения и дефор­мации ’снижаются.

9. Стыки тонколистовых соединений для резервуаров и обо­лочек целесообразно сваривать на магнитных стендах. Послед­ние не препятствуют поперечной усадке в плоскости листов и предотвращают угловую деформацию. Последующая вальцов­ка полотнищ для придания им цилиндрической формы в значи­тельной мере устраняет угловые деформации и местное выпу­чивание.

10. При сварке тонких листов по замкнутому контуру средняя' область листа, подвергаясь всестороннему сжатию от действия усадочных усилий вдоль шва, выпучивается от потери устойчи­вости. Для предотвращения выпучивания целесообразно перед сваркой производить местный подогрев средней области. Если привариваемый лист имеет четырехугольный контур, то после подогрева средней области листа необходимо отдельные швы выполнять от середины к концам.

11. Для уменьшения коробления и предупреждения появле­ния волнистости на свободной кромке широкого листа при при­варке его 'второй кромки к какой-либо детали, у свободной кромки прихватывают временные жесткости в виде уголков или полос.

12. Сварка деталей в закрепленном положении и кондукто­рах снижает остаточные деформации.

13. Для устранения выпучивания или волнистости в тонко­листовых элементах сварной конструкции весьма эффективным является предварительное растяжение листов и приварка их в растянутом состоянии к другим элементам конструкции или сварка в растянутом состоянии между собой. В результате оста­точные реактивные напряжения осевого сжатия значительно уменьшаются.

Это объясняется тем, что при закреплениях деформирование изделия от внутренних усилий при пластическом и упруго-пла­стическом состоянии металла шва в процессе остывания умень­шается вследствие пластически^ удлинений в волокнах активной зоны. После освобождения конструкции от закреплений остаточ­ные деформации образуются только внутренними усилиями уп­ругого действия металла в холодном состоянии, следовательно, они будут меньше, чем при накапливании деформаций в про­цессе всего периода остывания сварных швов.