ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УСТРАНЕНИЯ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ

Термическая обработка

Для снижения остаточных сварочных напряжений применяют отпуск сварных конструкций. Применение отпуска целесообразно, если предъяв­ляются повышенные требования к прочности сварной конструкции и точ­ности ее размеров при последующей эксплуатации. Кроме того, иногда це­лесообразно восстановить пластические свойства металла в зонах, где концентрировались пластические деформации при сварке, а также повы­сить сопротивляемость хрупким разрушениям. В остальных случаях при­менение отпуска не рекомендуется из-за удорожания стоимости производ­ства конструкции.

Различают общин отпуск, когда равномерно нагревается все изде­лие, н местный - нагревают лишь часть конструкции в зоне сварного

соединения. При применении общего отпуска на этапах нагрева и вы­держки образуются необратимые пластические деформации растяже­ния и деформации ползучести, что и приводит к снижению напряже­ний. Температуры отпуска [°С], обеспечивающие снижение остаточных напряжений до уровня (0,05...0,2)о, для различных сплавов находят­ся в следующих пределах:

конструкционные стали аустенитные стали алюминиевые сплавы титановые сплавы

При применении местного отпуска, т. е. нагрева отдельных участков сварного соединения по необходимому ТЦ (газовое пламя, электрическая дуга, инфракрасные излучатели и др.), образуются необратимые пласти­ческие деформации растяжения в приповерхностных слоях сварного со­единения, приводящие к перераспределению остаточных сварочных на­пряжений и снижению их уровня.

Механические способы

С целью компенсации пластических деформаций укорочения, обус­ловленных сваркой, создают в сварном соединении пластические дефор­мации удлинения. Это достигается осаживанием металла по толщине для его удлинения в плоскости сварного соединения. При этом не стремятся к тому, чтобы обеспечить равномерное уменьшение пластических дефор­маций и, соответственно, остаточных напряжений в зоне сварного соеди­нения. Преследуется только одна цель - уменьшение величин объемов укорочения. Обычно применяют следующие способы.

Проковка - применяется как в процессе сварки но остывающему металлу, гак и после полного охлаждения сварного соединения. Про­ковкой осаживают металл по толщине, создавая пластические дефор­мации удлинения в плоскости, перпендикулярной направлению удара. Этим достигают уменьшения растягивающих или даже появления сжи­мающих напряжений. Проковка ведется механизированным инструмен­том с малыми (до 6,„7 м/с), средними (до 100 м/с) и высокими (более 100 м/с) скоростями движения бойка. Проковка маневренна, в этом ее преимущество перед другими методами. Следует опасаться снижения пластичности металла вследствие ее исчерпывания при проковке.

Импульсная обработка взрывом - применяется как средство повыше­ния выносливости сварных соединений при переменных нагрузках. При такой обработке происходит перераспределение остаточных сварочных напряжений. Для ее осуществления используют заряды ленточного типа, которые укладывают на обрабатываемые поверхности.

Прокатка зоны сварном соединения - используется, главным образом, для уменьшения остаточных напряжении и для заглаживания швов, В местах прокатки растягивающие напряжения уменьшаются и могут стать даже сжимающими. Прокатка производится стальными ролика­ми шириной з,0„.15,0 мм. Не рекомендуется применять прокатку для конструкций из малопластичных материалов. При наличии коррози­онной среды требуется проверка влияния прокатки на коррозионную стойкость сварных соединений.

Возможен и другой путь создания в сварном соединении пласти­ческих деформаций удлинения, заключающийся в растяжении сварно­го соединения в пределах всей конструкции за счет образования новых пластических деформаций удлинения. Это достигается нагружением уже готовой сварной конструкции - либо растяжением, либо (чаще) изгибом. Более подробно взаимодействие внешних усилий с полем ос­таточных сварочных напряжений на всех этапах нагружения сварного соединения будет рассмотрено в следующем разделе.

Когда готовое судно еще находится на построечном месте (на на­клонном стапеле), в металле его корпуса уровень и распределение оста­точных напряжении, обусловленных сборочно-сварочными работами, наиболее опасны. Спуск судна - это первое наиболее опасное испыта­ние в его жизни. Можно утверждать, что при благополучном спуске, т, е, после первого серьезного нагружения (нагружения изгибом), суд­но становится как бы «моложе».

Также следует отметить очень перспективный метод уменьшения остаточных сварочных напряжений - механическую вибрацию. Сущ­ность метода - воздействие на сварную конструкцию переменной на­грузкой, создаваемой с помощью вибратора на частоте, близкой к резо­нансной, Основные преимущества метода вибрации - универсальность и простота оборудования, высокая скорость снятия напряжений. Он особенно эффективен, когда не может быть использована термообра­ботка, например в случае сварных соединений из разнородных метал­лов.

Термическая правка

Метод термической правки получил широкое распространение при производстве сварных конструкций благодаря простоге и маневренно­сти. Метод основан на создании с помощью местного нагрева дополни­тельных пластических деформаций укорочения в зонах, имеющих из­лишнее удлинение. Механизм образования деформаций при правке аналогичен сварочному. В качестве источников теплоты используется главным образом газовое пламя, позволяющее довольно просто регу - лнровать количество и распределение вводимой теплоты. Сварочная дуга, как более концентрированный источник, используется для прав­ки конструкции из материалов с высокой теплопроводностью. Нагрев ведут пятнами или полосами. Необходимо стремиться к кратковремен­ному и концентрированному нагреву, чтобы соседние зоны оставались не нагретыми и сопротивлялись расширению нагретого металла, вызы­вая в нем пластические деформации укорочения.

О результате правки можно судить лишь после полного охлаждения конструкции. Листовые элементы иногда после нагрева осаживают мо­лотками на плоскость. Так как нагретый металл имеет низкий предел текучести, то он легко осаживается, при этом в нем возникают пласти­ческие деформации укорочения.

Успех правки зависит от квалификации и опыта правщика, так как технологу трудно регламентировать и контролировать все параметры правки.