СВАРКА И РЕЗКА МЕТАЛЛОВ

Основные мероприятия по уменьшению напряжений и деформаций при сварке

Величину собственных напряжений и связанных с ними дефор­маций, возникающих при сварке изделия, можно значительно уменьшить, но для этого необходимо выполнять следующие требо­вания:

1. Правильно выбирать конструкцию сварного изделия.

2. Рационально располагать сварные швы на изделии.

3. Применять соответствующие методы сборки и сварки изде­лий и использовать приспособления.

4. Правильно выбирать тепловой режим сварки.

5. В правильной последовательности выполнять сварные швы.

6. Использовать предварительный и сопутствующий подогрев при сварке.

7. Подвергать механической или термической правке изделия.

8. Подвергать термической обработке изделия после сварки.

Выполнение перечисленных требований позволит или полно­стью уничтожить в изделии собственные напряжения и деформации, или уменьшить их настолько, что они станут уже неопасными для прочности конструкции в целом.

С целью уменьшения деформаций и напряжений при сварке можно руководствоваться следующими общими рекомендациями:

1. Применять для сварных конструкций такие марки основного металла и электродов, которые не склонны к закалке при остыва­нии на воздухе и дают достаточно пластичный (нехрупкий) металл шва.

2. Не создавать в конструкции, особенно работающей при уда­рах и вибрациях, скоплений большого количества сварных швов и их пересечений друг с другом, а также избегать применения коротких швов замкнутого контура, так как в подобных местах неизбежно происходит концентрация собственных напряжений.

3. Использовать, если это возможно, симметричное расположе­ние ребер жесткости в конструкциях.

4. Ограничивать применение накладок и косынок.

5. Применять по возможности стыковые швы, так как они дают наименьшую концентрацию напряжений.

6. Внедрять секционное изготовление конструкций с последую­щей сваркой готовых узлов, а также использовать штампованные и литые детали для узлов сложной Еонфигурации. В этом случае уменьшается неблагоприятное влияние жестких связей между отдельными деталями, образуемых сварными швами.

7. Преимущественно применять швы с глубоким проплавлением, а также методы полуавтоматической и автоматической сварки под флюсом, дающие большую скорость сварки, требующие малых зазоров между листами и обусловливающие более равномерное остывание шва.

При полуавтоматической и автоматической сварке величина напряжений и деформаций меньше, чем при ручной.

8. Пользоваться сборочно-сварочными приспособлениями и кондукторами, способствующими осуществлению заданной точно­сти сборки, получению швов равномерного сечения и соблюдению нужной последовательности сварки. Если зажимы кондукторов допускают перемещение деталей от усадки при сварке, то это сни­жает напряжения. При жестком закреплении свариваемых деталей остаточные напряжения после сварки и снятия детали с кондук­тора снижаются вследствие того, что в процессе сварки металл шва получает необходимую пластическую деформацию при осты­вании.

9. Правильно выбирать тепловой режим нагрева основного металла при сварке. Если при сварке допускается свободное пере­мещение детали или основной металл склонен к закалке, то следует применять более мощный тепловой режим. Этим увеличивается объем разогреваемого металла и замедляется остывание.

Чтобы уменьшить скорость охлаждения после сварки и раз­ность температур между нагретыми и холодными частями изделий, при сварке закаливающихся сталей или металла больших толщин, а также сварке при низких окружающих температурах следует
применять предварительный или сопутствующий подогрев изделия в целом или околошовной зоны его.

Температура подогрева определяется свойствами металла и составляет: для стали 500—£00°, чугуна 700—800°, алюминия 250—270°, бронзы 300—400°. Низкотемпературный подогрев до 100—200° применяется в случае сварки стали при низких окружаю­щих температурах.

При сварке в стык жестко закрепленных деталей нужно ис­пользовать менее мощные тепловые режимы и применять электро­ды, дающие пластичный наплавленный металл.

HllljlMUri Iiutjiiiutnrir

J-)

а)

[+>

Ю

Рис. 58. Напряжения от поперечной усадки в про­дольном сечении шва:

а — при сварке иа проход, 6 — при сварке от краев шва к середине: (—) — напряже­ния сжатия, н4 — напряже­ния растяжения

10. В правильной последовательности накладывать швы. По­следовательность наложения швов должна быть такой, чтобы в свариваемых элементах, например листах, допускалась свобод­ная деформация. Так, например, при сварке нескольких листов продольными и поперечными швами сначала накладывают все по­перечные швы, соединяющие отдельные листы в полосы. После этого можно сваривать продольные швы, соединяющие эти полосы между собой. В этом случае свариваемые части листов не будут жестко закреплены между собой и смогут свободно деформи­роваться при сварке. На рис. 57 цифрами показана правильная

последовательность наложения швов при сварке листов настила (рис. 57, а) и двутавровой балки (рис. 57, б).

Сварку швов нужно производить на проход или от середины шва к его концам. В этом случае в середине шва будут возникать поперечные напряжения сжатия (рис. 58. а). Если же вести свар­ку шва от его концов к середине, то в середине появятся поперечные напряжения растяжения (рис. 58, б), отчего в шве или околошов - ной зоне может образоваться трещина.

11. Применять многослойную дуговую сварку швов больших толщин (свыше 20—25 мм). В этих случаях швы накладывают гор-

кой (рис. 59, а) или каскадом (рис. 59, б). При сварке горкой пер­вый слой шва имеет небольшую длину порядка 200—300 мм. Вто­рой слой перекрывает первый и имеет длину в два раза большую. Третий слой длиннее второго на 200—300 мм и т. д.

Заполнив горку, сварку ведут в обе стороны от нее короткими валиками тем же способом. При этом зона сварки все время поддер­живается в нагретом состоянии, что обеспечивает более равномер­ное распределение тепла в металле и уменьшает напряжения.

12. Производить в случае необходимости легкую проковку каж­дого слоя многослойного шва ударами пневмозубила. Последний слой проковке не подвергается. Однако способ этот весьма трудоем­кий, требует наличия пневмоинструмента, создает шум в цехе и поэтому может быть рекомендован только в отдельных случаях, когда нельзя пользоваться другим методом.

13. С целью уменьшения коробления свариваемых деталей на­кладывать швы в обратно-ступенчатом порядке. Чем короче шов, тем меньше деформируется изделие. Длинные швы делят на участ­ки длиной 150—200 мм с таким расчетом, чтобы каждый участок
мог быть сварен одним электродом или целым числсм электродов. Сварку ведут в порядке, указанном на рис. 60, начиная от начала шва или его середины. Каждый последующий слой накладывают ц обратном направлении по отношению к предыдущему. В этом случае деформации, возникающие при наложении двух соседних коротких участков шва, будут иметь противоположное направле­ние. Стыки участков разных слоев должны располагаться вразбеж­ку, а не совпадать друг с другом. Уменьшение деформаций при обратно-ступенчатом способе наложения шва объясняется тем, что

в этом случае нагрев металла распределяется более равномерно. Весь шов получает равномерные деформации, как это схематически показано на рис. 60 (внизу).

14. Уравновешивать деформации, для чего порядок наложения швов выбирается такой, чтобы последующий шов вызывал дефор­мации, обратные тем, которые возникли при наложении предыду­щего шва. На рис. 61, а показан порядок наложения швов при сварке балки двутаврового сечения. Деформации шва 2 действуют в направлении, противоположном деформациям шва 1, выпрямляя балку, покоробившуюся при сварке шва 1. То же имеет место при наложении швов 3 и 4. Можно также сваривать швы балки без ис­кривления, в таком порядке: 1,4,3 и 2. На рис. 61, б цифрами по­казан порядок наложения валиков при продольной наплавке круг­лого стержня. Валики следует накладывать с разных сторон стерж­ня на небольшой его ширине. Не следует наплавлять сна­чала одну половину стержня, а затем вторую, так как в этом слу­чае первоначальные деформации могут полностью не уничто­житься.

15. Использовать обратные деформации. В детали искусственно перед сваркой вызывают деформацию, обратную тем, которые она должна получить при сварке. На рис. 62 показаны примеры при­менения обратных деформаций. Обратные деформации обычно ис­
пользуются в конструкциях, у которых сварные швы расположены только с одной стороны от оси изделия или на разных расстояниях от нее.

16. Применять искусственное охлаждение детали в процессе СЕарки, что уменьшает зону нагрева металла и деформацию изде­лия. Для охлаждения изделие погружают в воду, оставляя на поверхности только место сварки, или кладут под шов толстую подкладку из красной меди, которая вследствие своей высокой теплопроводности хорошо отводит тепло. Использование медных подкладок дает хороший результат при сварке тонколистового

Ю 2D мм на /м ш8а

материала, нержавеющей стали, когда необходимо обеспечить хо­роший отвод тепла, во избежание сильного перегрева и коробле - ни і изделия. Иногда медные подкладки дополнительно охлаждают водой, пропуская ее по каналам, сделанным в подкладке.

17. Применять отжиг или нормализацию изделия после сварки. Отжиг или нормализация полностью устраняют внутренние на­пряжения в изделии, возникающие при сварке.

18. Применять метод холодной или горячей правки изделий после сварки. Холодная правка производится домкратами, прес­сом, ударами молота или кувалды со стороны наибольшего выгиба изделия, которое стремится деформировать в обратном направле­нии. Этот способ довольно дорогой, трудоемкий и может привести к появлению трещин и разрывов в швах и основном металле.

При горячей правке осуществляется местный нагрев сварочны­ми горелками до температуры пластического состояния участка металла на выпуклой стороне изделия. При остывании на этом уча-

стке возникают напряжения растяжения, выпрямляющие изде­лие. Этот метод прост и эффективен. Для устранения остаточных напряжений после холодной или горячей правки, если это требует­ся по условиям работы конструкции, производят термообработку сварного изделия.