СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Влияние методов выполнения шва

Если на общие деформации сварных конструкций большое влияние оказывает последовательность наложения отдельных швов, то на местные деформации и деформации из плоскости свариваемых листов существенное влияние оказывает метод выполнения каждого шва. В то же время технологические при­емы сварки отдельных швов в значительной мере определяют напряженное состояние самих швов и зону распространения влияния этого напряженного состояния на основной металл.

16 Н. О. Оксрблом. 2381. 241

Выше, при рассмотрении влияния на сварочные деформации и напряжения отдельных конструктивных и технологических факторов, были установлены некоторые общие положения, ка­сающиеся выбора тех или иных приемов сварки. Здесь необхо­димо остановиться на вопросах применения этих общих поло­жений при разрешении практических вопросов, связанных с вы­полнением реальных конструкций.

Практика выработала ряд приемов сварки стыковых и угло­вых швов, направленных к тому, чтобы получить наименьшие деформации конструкции при минимальных напряжениях в ней. Если попытаться назвать те основные причины, которые вызы­вают сварочные деформации и напряжения, то их будет три:

а) неравномерность распределения тем­пературы в свариваемом металле, б) не - одновременность наложения шва по всей его длине и в) неодновременность нало­жения всего сечения шва по толщине (при многослойных швах). Поэтому технологические приемы сварки и ме­тоды выполнения сварного шва стре­мятся смягчить неравномерность на­грева (подогрев до и в процессе свар­ки), обеспечить более равномерное вы­полнение сварки по всей длине шва и возможно полнее ликвидировать вред­ное влияние неодновремецности нало­жения частей шва по толщине.

Наиболее примитивный метод вы­полнения шва — это сварка „на проход" от одного конца шва к другому. В этом случае имеет место максимальная не­одновременность выполнения шва, п связи с чем и деформации сваривае­мых листов получаются наибольшими. Однако постановка прихваток значи­тельно изменяет положение, создавая ограничение перемещениям свариваемых листов поперек продольной оси шва и изменяя харак­тер изгиба листов. Одновременно, ограничивая свободную длину свариваемых кромок, прихватки сужают ту зону, на которую распространяются напряжения, вызываемые сваркой. Если за­крепления внешних кромок заставляют все силы, связанные с деформациями шва, направляться через весь лист к закре­плению (рис. 213, а), то при наличии прихваток эти силы на­правляются к прихваткам, где они уравновешиваются силами, передаваемыми другим листом. Таким образом, прихватки в из­вестной мере разбивают всю длину шва ка ряд более мелких участков, выполняемых хотя и последовательно, но все же. от­личающихся друг от друга характером напряженного состояния. Так как прихватки в стыковых швах являются неизбежными по со­ображениям сборки, то длинных швов практически не существует.

Тем не менее при значительной фактической длине шва его выполняют, начиная от середины к концам, что особенно целе­сообразно при наличии двух сварщиков, так как при этом нерав­номерность выполнения шва по времени несколько уменьшается.

С целью еще более равномерного охвата всего шва, а. иногда и по соображениям последовательности сварки (см., например, рис. 208), ее ведут отдельными участками, распре­деленными более или менее равномерно но всей длине шва — сварка участками „в разброс". При этом, из-за кратковремен­ности выполнения каждого участка, сварка происходит при неустановившемся тепловом режиме, подобно тому, как в слу­чае выполнения прерывистых швов.

Исследования деформаций и напряжений при выполнении коротких швов, проводящиеся под руководством автора в Ленин­градском политехническом институте им. М. И. Калинина инж. Байковой И. П., показали, что конечная кривизна полосы при наплавке на кромку коротких валиков не остается постоян­ной на протяжении длины валика, а изменяется по кривой, подобной показанной на рис. 214, а, захватывая и часть по­лосы, не занятую валиком. При этом в начале и в конце валика пластические деформации увеличиваются, но ширина зоны пласти­ческих деформаций уменьшается (рис. 214, а). Поэтому, при прерывистых швах с малыми промежутками между проваренными участками, искривление полосы происходит почти по всей длине (рис. 214, б), равно как и пластические деформации распростра­нены почти по всей длине кромки (рис. 214, в). При выполнении участками длинных швов, вместо постоянной кривизны по всей длине шва, кривизна меняется по волнообразной кривой, при­веденной на рис. 214, г, соответственно изменению ширины зоны пластических деформаций (рис. 214, <Э). Таким образом, в отно­
шении общих деформаций сварка длинных швов участками мало улучшает дело, и в то же время применение этого метода приводит к тому, что в конце приходится заваривать участки шва, расположенные между двумя уже выполненными участками; при стыковых швах это создает трудности, аналогичные труд­ностям при сварке трещин. Там, для уменьшения напряжений и пластических деформаций в шве, производят местный нагрев участков у концов трещины. При этом концы, а с ними и вся трещина, раскрываются, и при таком увеличенном зазоре тре­щина заваривается. При остывании, одновременно с уменьше­нием ширины шва, уменьшается и первоначально расширен­ный зазор, так как вместе со швом остывает и основной металл

у концов трещины, нагретый перед сваркой, вследствие чего напряже­ния в шве либо вовсе не появля­ются, либо оказываются весьма сни­женными.

Для создания подобных усло­вий при сварке стыкового шва был предложен метод сварки „обратно ступенчатым швом“. Этот метод заключается в том, что сварка ведется последовательными участ­ками так, чтобы окончание дан­ного участка совпадало с началом предыдущего, а окончание после­дующего участка — с началом дан-

Рис. 215. Схема сварки обратно - н°го(рис. 215, а). Если длина

ступенчатым швом. участка (или ступени) будет не ве­

лика, то к тому моменту, когда шов данной ступени, заканчиваясь, подходит к началу преды­дущей ступени, темперутура в начале шва предыдущей сту­пени будет еще высока и температурный перепад будет не ве­лик (рис. 215, б). При длинных ступенях (рис. 215, в) перепад температуры на границе между двумя ступенями будет больше, так как начало каждой ступени успеет полностью охладиться к моменту, когда к нему будет подходить конец следующей ступени. Таким образом, чтобы избежать больших напряжений необходимо давать малую длину ступени, которую следует выдерживать в пределах длины, выполнимой при расплавлении одного электрода.

При выполнении многослойных швов, с целью уменьшения деформаций из плоскости свариваемых листов, следует отдавать предпочтение выполнению швов слоями, а не валиками, по соображениям, указанным в § 43. Для уменьшения неодно - временности выполнения сварки по толщине следует применять ступенчатый метод выполнения многослойных швов, схема­тически изображенный на рис. 204. При этом достигается наи­более равномерная температура на всей толщине шва, что благо­приятно и с точки зрения общих деформаций в плоскости

свариваемых листов, и с точки зрения деформаций из их пло­скости.

Однако при таком методе сварки многослойных швов не удается полностью избежать выпучины из плоскости, если не принимаются специальные меры в виде обратного выгиба ли­стов перед сваркой. В то же время применение обратного вы­гиба в тех случаях, когда свариваемые листы не плоские (на­пример изогнуты по сфере),—исключается. В таких случаях, в со­ответствии с указанным в § 42, при достаточно жестких листах возникают в швах значительные напряжения и пластические деформации, а при недостаточно жестких листах добавляются еще и выпучины. В последнем случае применяется проколачивание отдельных слоев шва при сварке. Проколачивание следует про­изводить либо при высокой температуре — выше 400°, либо при низкой температуре — ниже 150% чтобы не попасть в область синеломкости. Пооколачивание пневматическим молотком раз­дает металл шва в такой мере, чтобы возвратить шву его перво­начальную ширину, сократившуюся при остывании. Тогда поперечные напряжения могут быть устранены, и отчасти умень­шатся продольные напряжения и деформации.

Проколачивание производится каждого слоя за исключе­нием последнего, который часто выполняют весьма тонким, главным образом для того, чтобы снять наклеп, созданный проколачиванием. Эффективность этого метода сварки за­висит от выбранного способа проколачивания, который должен быть согласован с режимом сварки, диаметром электродов, тол­щиной слоев и другими условиями процесса сварки. Поэтому режим проколачивания должен устанавливаться эксперимен­тальным путем,

При выполнении сварки конструкций из легированных сталей следует отдавать предпочтение многослойным швам, по сообра­жениям, указанным в § 64. Следует отметить, что в этих слу­чаях особенно важно иметь детально разработанную технологию сварки с точным указанием расположения и размеров слоев и режима сварки для каждого из них.