СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Основные мероприятия по уменьшению деформаций и напряжений при сварке

При сварке изделий невозможно полностью избежать остаточных деформаций. При всесто­роннем защемлении свариваемого изделия мож­но лишь свести деформации изделия к концу охлаждения к минимальной величине. Всесто­роннее защемление при сварке изделия практи­чески осуществить трудно, поэтому такой спо­соб борьбы со сварочными деформаци іми поч­ти не применяют. Используются только такие способы, которые позволяют получать ейарньк изделия с минимальными остаточными дефор­мациями Некоторые способы борьбы с дефор­мациями изделия приводят к возрастанию внут­ренних напряжений, например, закрепление сва­риваемых деталей перед сваркой.

- Для борьбы со сварочными деформациями. применяются конструктивные и технологиче­ские; способы.

К конструктивным способам относятся:

1. Уменьшение количества сварных швов и их сечения, что снижает количество вводимого при сварке тепла. Между количеством тепла и величиной деформации при сварке существует прямая зависимость. Поэтому минимальная деформация конструкции будет при наимень­ших протяженности и сечении швов, например

резервуары изготовляют в настоящее время из больших листов или из предварительно собран­ных в заводских условиях полос и карт.

2. Симметричное расположение швов для уравновешивагия деформаций (рис. 33). На­пример, при изготовлении балки двутаврового сечения со сплошной стенкой наложение одного нижнего поясного шва вызовет ьзгиб балки — серповидную деформацию/j, а наложение верх­него поясного шва вызовет изгиб в обратную сторону. Таким обрізом, балка будет иметь конечный прогиб /о, /«.</.■

3. Симметричное расположение ребер жест­кости.

4. Минимальное использование накладок и косынок.

5. Применение стыковых соединений.

К технологическим способам относятся:

1. Рациональная технология сборки и свар­ки, которая включает правильный выбор вида и режим?, сварки, а также правильную последо - ' вательность наложения швов. Например, при ручной сварке деформация вдвое больше, чем ■ при автоматической. Соединения без скоса кро­мок дают меньшие деформации, чем соедине­ния с разделкой кромок. Соединения с двусто­ронним скосом кромок образуют меньшие де­формации, чем соединения с односторонним 'скосом.

Величина деформации зависит от способа сборки и прихватки[7] Детали собираются с жестким креплением, не допускающим какого - либо смещения одной детали относительно 11 другой или с эластичным, допускающий сме­щение деталей. Жесткое крепление деталей’ осу­ществляется сварочными прихватками в отдель­ных местах шва (рис. 34, я) или жесткими сбо­рочно-сварочными приспособлениями. Сбор­ка с эластичным креплением производится спе­циальными пластинами, временно прихваты­ваемыми к деталям на некотором расстоянии

В)

Рис. 34. Сборка на прихватках:

а — жесткие прихватки, б, в — эластичные прихватки

от ося шва (рис. 34, б, в). Жесткая оборка при­водит к меньшей конечной деформации по срав­нению с эластичной.

На величину конечных деформаций влияет последовательность наложения швов. Напри­мер, наименьшая стрела прогиба узла, показан­ного на рис. 35, будет при такой последова­тельности выполнения швок: сначала — попе­речный шов 2, затем — продольный 1 и после не­го — поперечньш вертикальный 3.

2. Жесткие закрепления деталей. Собранное изделие полностью сваривается, если закреп­лено на фундаменте, плите или приспособле­нии, которые имеют жесткость, в несколько раз большую по сравнению с сварным изде­лием. После сварки и полного охлаждения изделия зажимы удаляются. После освобож­дения изделия деформация будет меньше, чем

при сварке в свободном состоянии. Закрепле­нием можно снизить сварочные деформации на 10—30% в зависимости от ряда условий. Этот способ дает наибольший эффект при сварке балок малой высоты и наименьший — при свар­ке высоких балок (1000 мм и более).

Закрепление рекомендуется при сварке плос­ких листов для предотвращения угловых дефор­маций. Листы можно прижимать вблизи шва, например, электромагнитными прижимами Чем тоньше свариваемые листы, тем целесооб­разнее их закрепление, с "ем чтобы избежіть также и выпучивания.

Полностью устранить деформации закреп­лением невозможно, так как при освобождении от зажима сварное изделие продолжает дефор­мироваться за счет силы, сконцентрированной на участке металла с пластической деформа­цией.

3. Обратный выгиб деталей. Свариваемые детали предварительно изгибают перед свар­кой на определенную величину / в обратную сторону (рис. 36) по сравнению с изгибом, вы­зываемым сваркой. Этот прием используется при сварке узлов таврового сечения. Величина изгиба устанавливается опытным или расчет­ным путем. Обратный изгиб перед сваркой вы­полняют с приложением усилия в пределах упругого, упруго-пластического и пластическо­го состояния. Сварка изделия с упругим изги­бом производится в особых силовых приспо­соблениях. Изделие с пластическим изгибом сваривается в свободном состоянии. Однако для получения пластического изгиба требуется мощное оборудование; поэтому такой способ редко применяется в сварочном производстве. Пользуясь обратным изгибом, можно полно­стью устранить конечные деформации сварных изделий.

4. Правильный тепловой режим. Для умень­шения деформации изделий, особенно из мало­пластичных металлов, например чугуна или за­каливающихся сталей, можно применять пред - варительнЫг подогрев зоны сварки шириной 40—50 мм с каждой стороны шва. При этом снижается перепад температур между участка­ми сварного соединения, подвергающимися сильному нагреву при наложении шва, и сле­довательно, уменьшаются напряжения и конеч­ные деформации. Температура преді аритель- ного подогрева устанавливается в зависимости от химического состава металла, его толщины и жесткости конструкции, например: для ста­ли — 400—600"С, для чугуна — 500—800°С, для алюминиевых сплавов — 200—270°С, для бронзы — 300—400°С. При сварке особо ответ­ственных конструкций из низкоуглеродистых сталей толщиной более 40 мм устанавливаю'' температуру подогрева 100—200°С, при сварке низколегированных сталей толщиной более 30 мм—150—200°С.

Предварительный подогрев выполняют га­зовыми горелками, электрическими или индук­ционными нагревателями. Можно применять также сопутствующий подогрев.

5. Многослойные и обратноступентагые швы. Последовательное введейие меньших ко­личеств тепла применением многослойных швов вместо одновременного при однослойном шве способствует выравниванию нагрева сварного соединения и уменьшает сварочные напряжения и деформации.

Обратноступенчатый способ заключается в том, что всю длину шва разЬивают на отдель­ные ступени и сварка каждой ступени произво­дится в направлении, обратном общему на­правлению сварки. Этот способ обеспечивает более равномерный нагрев металла шва по всей его длине и минимальные сварочные де­формации и напряжения (рис. 37). Длина ступе­ни при обратноступенчатой сварке зависит от толщины металла, формы, жесткости сваривае-

ю

Рис. 36. Обратный нмгиб элемента тавра:

а - сборка тавра с обратным вьп ибом ( 6 — форма тавра после сварки

мого изделия. Она выбирается в широких пре­делах (100—400 мм). Чем тоньше свариваемый металл, тем меньше длина ступени. Часто дли­ну свариваемой ступени рассчитывают по длине шва, полу1 ающейся от одного или двух элект­родов.

6. Принудительное охлаждение в процессе сварки. Уменьшая зону нагрева при сварке созданием быстрого и интенсивного - отвода тепла, можно значительно уменьшить остаточ­ные деформации Отвод тепла осуществляют, погружая изделие в воду и оставляя на воздухе только участок сварки. Этот способ пригоден для неза* вливающихся низкоуглеродистых ста­лей. В других случаях можно применять мас­сивные подкладки под швом из меди или мед­ных сплавов, обладающих высокой теплопро­водностью. Эти подкладки можно дополнитель­но охлаждать циркулирующей внутри водой. Медные подкладки дают хорошие результаты при сварке, например, нержавеющих сталей небольшой толщины.

7. Применение внешней растягивающей си­лы. Внешняя растягивающая сила, прило...ен - ная к концам свариваемого изделия, например двутавровой балКи, позволяет свести к нулю укопочение нагретого металла обжатием (осад­кой). Этим устраняется конечная сварочная деформация по направлению действия силы. Сила усадки при сварке изделия способствует укорочению, а внешняя растягивающая сила — удлинению волокон металла. Если вглокна металла будут деформироваться в направлении растягивающей силы, то при правильно подо­бранной величине этой силы можно добиться полного устранения конечных деформаций свар­ного изделия.

Этот способ борьбы с деформациями вполне целесообразен, однако редко используется из-за отсутствия соответствующего силового обору­дования.

8. Местная силовая обработка сварных швов и околошовной зоны Снижение сварочных де­формаций и напряжений в сварных соединениях достигается ковкой (ударной силой), обкаткой (статической силой), вибрационным давлением (пульсирующей силой) и другими силовыми воздействиями. Все виды силовой обработки металла шва и околошовной зоны создают местную пластическую деформацию удлинения, обратную деформации укорочения от сварки. В результате этого сварное изделие приобре­тает первоначальную форму и размеры.

Ковка производится ручным или механиче - счим молотком массой 0,5—1,5 кг; холодная ковка ььшогнягіся при температуре 20—200°С, горячая — при темпе?! туре 450—1000°С (для стали;. Ковка стали в температури»»* интервале 200—45и°С не рекомендуется ввиду ее низкой вязкости и возможности образованна трещин.

При ручной сварке штучными электродами и при горячей ковке следует выполнять швы длиной 150—200 мм и сразу же после сварки проковывать их. При многопроходной или мно­гослойной сварке проковка производился после каждого прохода или наложения слоя, за исклю­чением первого и последнего (декоративного). Первый, корневой шов проковывать нельзя, так как он имеет малое сечение, и при ударе в нем возникнут трещины. Верхний, тонкий де­коративный слой вызывает весьма незначи­тельные деформации; кроме того, ковка ухуд­шит внешний вид шва. При ручной сварке с последующей холодной проковкой следует вы­полнять швы заданной длины и проковку вести при температурах не выше' 200°С молотком массой 0,5—1,5 кг.

При изготовлении сварных конструкций вре­мя ковки превышает врем? сварки в 1—2 раза, поэтому ковка применяется редко.

Широко применяется ковка в ремонтных сварочных работах. Она улучшает структуру металла, уплотняет его и этим увеличивает коррозионную стойкость и повышает механи­ческие свойства сварного соединения.

М ггаллы, имеющие малую пластичность при высоких температурах, должны коваться в лолодном состоянии. Ковка закаливающихся при сварке сталей не рекомендуется из-за воз­можности появления трещин.

Сварное изделие исправляется от конечных деф< рмаций (коробления) механической или термической правкой. Сущность правки заклю­чается в придании изделию новых деформаций, уничтожающих первоначальный, возникшие от сварки. Механическая правка изделия выпол­няется вручную тяжелым молотком или на станках и прессах, а термическая — местным нагревом изделия газовым пламенем.

Местный нагрев расширяет металл, а со­седний холодный металл оказывает расшире­нию горячего металла сопротивление, в резуль­тате чего в горячем металле возникают пласти­ческие напряжения сжатия.

После охлаждения нагретого участка его размеры уменьшаются во всех направлениях, что приводит к уменьшению или полному ис­чезновению деформации Для получения мак­симального эффекта можно производить на­грев с одновременным охлаждением соседних участков водой.

Термическая правка выполняется рабочими, имеющими специальные навыки.