Справочник сварщика-строителя

Напряжения и деформации при сварке и резке

Внутренние напряжения, образующиеся во время сварки из-за неравномер­ного нагрева, линейной усадки и структурных изменений металла, могут вызвать появление трещин в металле шва нли н зоне термического влияния при недоста­точной пластичности шва и большой жесткости основного металла. В условиях эксплуатации внешние нагрузки могут суммироваться с внутреииими усилиями, представляя опасность для прочности конструкций. При сварке изделий с не­большой жесткостью суммарные внутренние напряжения вызывают местное илн общее коробление (деформацию) изделия, иногда настолько изменяя его раз­меры н конфигурацию, что оно не может быть без правки пригодно к эксплуа­тации или дальнейшей обработке.

Мероприятия по уменьшению напряжений и деформаций при сварке:

Конструктивные, уменьшающие напряжения: применять пластичные свариваемые и присадочные материалы; избегать скоплений и пересечений швов, а также швов, образующих замкну­тые контуры;

использовать сортамент металла, позволяющий уменьшить количество накла­док, косынок и пр.;

преимущественно применять стыковые ШВЫ;

при сварке металлов разных толщин предусматривать на более толстом металле переходной скос.

Технологические, уменьшающие напряжения:

в первую очередь сваривать стыковые швы, начиная с больших сечений; не допускать большого разогрева металла в жестких контурах; при сварке чугуна делать перерывы после наложения отдельных валиков;

перед сваркой металла больших толщин закаливающихся сталей наплавлять кромки каждой части, а затем сваривать их;

соблюдать температурный режим сварки; ие допускать сварки закаливаю­щихся сталей и чугуиа иа морозе, на сквозняке; при атмосферных осадках - сварку не производить;

разгонять концы валиков при продольной наплавке и сварке многослойных швов, ие допуская концентрацию напряжений в одном сечении;

применять местный н общий предварительный и сопутствующий подогрев (наилучший подогрев до 600° С) конструкций с повышенной жесткостью (чугуи, закаливающиеся стали, металл большой толщины и т. п.);

сваривать в последнюю очередь швы, работающие па сжатие (в последних швах возникают наибольшие растягивающие напряжения);

снимать напряжения в конструкциях после сварки: общим (нагревом

до 650—800° С и медленным охлаждением) или местным отжигом (нагревом до 200° С металла с обеих сторон шва на ширине 50—60 мм горелками нлн индукторами), а также отжигающим валиком, накладываемым после заварки последнего слоя На металле большой толщины (отжигающий валик может быть удален после остывания металла);

не допускать больших усилий в швах; желательны нормальные или вогну­тые угловые швы с плавным переходом к основному металлу;

не допускать в сварных швах дефектов, являющихся местами концентрации напряжений.

Конструктивные, уменьшающие деформации:

предусматривать припуски в деталях, учитывающие уменьшение их размеров после сварки;

проектировать сварные конструкции достаточной жесткости.

Технологические, уменьшающие деформации:

применять жесткие закрепления конструкций перед сваркой (прихватка илн прижим листов к сварочной плите перед сваркой и т. д.);

искусственно охлаждать тонкостенные свариваемые детали; выполнять сварку вертикально расположенных швов сверху вниз; использовать обратный выгиб детален перед сваркой (в сторону, обратную деформации прн сварке);

начинать сварку с меньших толщин металла пли катетов швов; временно прихватывать между собой детали для создания большей же­сткости прн сварке;

выполнять первый шов при двусторонней сварке тавровых конструкций заве­домо меньшим катетом или прерывистым, а после заварки второго шва дово­дить первый до проектной величины;

наплавлять детали кольцевым швом по спирали. Начинать наплавку следует с выпуклой части детали;

выправлять деформированные детали после сварки: холодным способом (под прессом, на вальцах, молотком); наложением холостых валиков сварного шва; термическом правкой с помощью газового пламени (рнс. 10); термо-механической правкой;

выполнять сварку двутавровых или коробчатых конструкций накрест с кан­товкой. При невозможности кантовки сварку начинать с потолочного шва. Конструктивные, уменьшающие напряжения и деформации:

Уменьшать количество швов, их длину и катет (рационально раскраивать материал, применять прерывистые или точечные швы); располагать швы в местах, удобных для выполнения; проектируя сложные конструкции, ванных или литых узлов;

располагать параллельные швы симметрично центру тяжести конст­рукции;

располагать ребра жесткости так, чтобы при сварке разогревались одни и те же места основного металла: уменьшать, по возможности, угол скоса кромок или сваривать конструк­ции без разделки кромок;

для сварки металла большой тол­щины назначать криволинейную или Х-образную разделку;

назначать сварку механизирован­ными способами;

предусматривать изготовление

крупных конструкций отдельными уз­лами.

Технологические, уменьшающие

напряжения и деформации при сварке и резке:

правильно подбирать режим свар­ки; ие завышать силу тока;

выбирать следующую последовательность наложения швов: в цилиндрических конструкциях сваривать продольные, а затем кольцевые швы; в двутавровых — стыкн полок и стенок, а затем поясные швы; в листовых конструкциях — попе­речные швы (стыки), а затем продольные швы (или пазы); применять обратно­ступенчатые швы с направлением сварки от середины к краям, сварку вразброс. Швы больших сечеиий сваривать в несколько слоев;

производить сварку «дуга в дугу» (одновременно с обеих сторон) верти­кально расположенных листов с Л-образной разделкой кромок;

применять сварку с глубоким проваром, уменьшая долю присадочного металла в шве, и, соответственно, катет угловых швов;

очищать каждый слой при многослойной сварке (кроме последнего, облицо­вочного) н проковывать легкими ударами молотка с закругленным бойкомі избегать применения газовой сварки, внедрять механизированную дуговую и контактную сварку;

сваривать конструкцию одновременно нескольким сварщикам; обращать особое внимание на качество подготовки конструкций под сварку. Соблюдать конструктивные размеры подготовки под сварку и сварных швов, предусмотренные ГОСТ. Прихватки в местах пересечения швов не наклады­вать;

применять сборочные приспособления, кондукторы, центраторы, повышающие ТОЧНОСТЬ сборки;

применять сборочные приспособления, кондукторы, центраторы, повышающие резаемымн после окончания основной резкн и охлаждения заготовок; применять метод резки с середины листа; подогревать заготовки из углеродистых и леги­рованных сталей перед резкой, производить сопутствующий подогрев, а после резкн отжиг или нормализацию; охлаждать попутно зону нагрева незакаливаю - Щихся сталей водой или сжатым воздухом; исключать возможность провисания заготовок иа опорах.

Мероприятия по сварке при низких температурах. Ручную и полуавтомати­ческую дуговую сварку конструкций из стали классов до С 52/40 включительно при температурах, указанных в таблице, приведенной ниже, следует производить с предварительным подогревом стали в зоне выполнения сварки до 120—160° С.

Минимальная допустимая температура окружающего воздухе при ручной и ча­стично механизированной сварке металлоконструкций без предварительного по­догреве, °С

Механизированную дуговую сварку низкоуглероднстых и низколегированных сталей разрешается производить по обычной технологии при температуре до —30° С для швов металла толщиной до 30 мм н при температуре до —20° С для швов металла толщиной более 30 мм. При более низких температурах сварка должна выполняться по специальной технологии, предусматривающей увеличенное тепловыделение и замедленную скорость охлаждения.

Электрошлаковая сварка низкоуглеродистых и низколегированных сталей допускается без температурных ограничений.

Сварку стыков магистральных трубопроводов и газопроводов из иизкоугле - родистой и низколегированной Сталей со стенками толщиной до 16 мм произ­водят по обычной технологии при температуре не ниже —20" С, обеспечивая скорость охлаждения шва ие более 1(Р в 1 мнн.

Минимальная допустимая температура окружающего воздуха, °С, при сварке со­судов, работающих под давлением, паровых котлов, трубопроводов пара и горя­чей воды

Для сварки применяются электроды с фтористо-кальциевым покрытием (УОНИ-13/45, УОНИ-13/55, СМ-11, ДСК-50, СК2-50), дающим наиболее пла­стичный наплавленный металл.

При температуре ниже —5° С сварку производят без перерыва до выполнения проектного размера шва. В противном случае нужен повторный подогрев перед возобновлением сварки. Сборку конструкций выполняют без ударов н чрез­мерного натяжения собираемых элементов; холодная правка не допускается. При температуре ниже — 30° С сборку ведут без прихваток.

Ручная дуговая и механизированная под флюсом сварка должна выполняться на постоянном токе обратной полярности.

При выполнении сварочных работ следует:

тщательно заваривать кратеры прихваток, швов и замыкающие участки швов с выводом дуги назад, на шов, на 10—15 мм;

при сборке, после наложения прихваток, не допускать ударов по соединяе­мым узлам;

особенно тщательно перед сваркой прокаливать электроды и флюс, исполь­зовать подогретые электроды;

удалять влагу и сиег на расстоянии не меиее 1 м от места сварки; предварительно просушивать зону сварки с помощью форсунок, горелок н индукторов;

силу тока увеличивать до 15—20%, уменьшать скорость сварки. Повышать погонную энергию на 4—5% на каждые 10% понижения температуры окружаю­щего воздуха (100% при положительной температуре);

применять подогрев околошовной зоны шириной не меиее 100 + 100 мм, дли­на подогреваемого участка в зависимости от толщины металла должна быть Следующей:

Толщина, мм

До 12...........................................

12—20 ..........................................

Более 20 ................................

Сварку необходимо вести в последовательности, обеспечивающей минималь­ные внутренние напряжения в зоне шва (сварка шва с двух сторон, обратносту­пенчатая сварка и др.);

термическую обработку выполнять сразу, без перерыва, создавая условия для медленного охлаждения (до 20° С);

проводить немедленный операционный контроль качества; по мере возможности переносить сварку в закрытые помещения или специаль­ные тепляки;

защищать места сварки от ветра, снега и дождя; предусматривать места обогрева рабочих вблизи от объектов.