СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Влияние подогрева и охлаждения

Подогрев свариваемых листов может применяться не только при сварке конструкционных сталей, как средство борьбы со структурными напряжениями, но и при сварке обычных малоугле­родистых сталей, как средство уменьшения сварочных дефор­маций и напряжений.

Для установления влияния подогрева на сварочные деформа­ции и напряжения необходимо прежде всего уточнить характер подогрева. Следует различать общий равномерный подогрев свариваемых деталей и местный подогрев, обычно распростра­няющийся только на свариваемые кромки.

Влияние общего подогрева скажется в том, что все точки свариваемой детали будут при сварке иметь температуру более высокую, нежели при сварке без подогрева, на величину, равную температуре подогрева. На рис. 71 приведены данные, относя­щиеся к случаю наплавки валика на кромку узкой (50-миллиме - тровой) полосы при применении общего подогрева и подогрева и закрепления.

Сопоставляя деформации, получающиеся при наплавке без подогрева (рис. 71, а), С деформациями при подогреве на 100° (рис. 71, б), можно установить, что как в случае свободной по­лосы (пунктирные линии), так и з случае закрепленной полосы подогрев приводит к уменьшению конечной кривизны более значительному при свободной полосе и весьма малому — при закрепленной. При этом пластические деформации сжатия (имею­щие место в момент наибольшего нагрева) как при свободной, так и при закрепленной полосе уменьшаются, в связи с чем почти пропадают и конечные пластические деформации растя­жения при закреплении, которые имеют место в случае наплавки без подогрева.

Более заметное влияние в смысле уменьшения конечной кри­визны и пластических деформаций оказывает подогрев на 200° (рис. 71, в).

Таким образом, в рассмотренном случае (50-миллиметровой полосы) подогрев уменьшает конечные деформации и напряжения тем в большей степени, чем выше температура подогрева.

Если же проделать аналогичные подсчеты и построения для 100-миллиметровой полосы, то результат окажется несколько иной. Если при выполнении наплавки на закрепленную полосу тем же режимом, что и в предыдущем случае (h = 50 мм), ко­нечная кривизна составляла Спр = 0,000295, то при применении подогрева на 200° она возросла до Спр = 0,000328.

Полученные результаты станут совершенно понятными, если учесть, что действие подогрева можно рассматривать эквивалент­ным применению повышенных тепловых режимов сварки без

подогрева. Тогда, пользуясь установленными выше зависимостями деформаций от силы тока или мощности д^ги (рис. 55), можно приближенно оценить влияние подогрева. Действительно, если подогрев применить при режимах ниже критического, т. е. при таких режимах, когда дальнейшее увеличение силы тока или уменьшение скорости сварки приводит к возрастанию деформа­ций,— подогрев вызовет увеличение конечных деформаций. Если подогрев применить при режимах выше критического, тогда он приведет к уменьшению конечных деформаций свобод­ной полосы.

Применение закреплений, как было установлено выше, равно­сильно увеличению ширины полосы, а потому критический ре­жим для закрепленной полосы будет сдвинут в сторону более высоких сил тока. Так что, если наплавку производить при кри­тической силе тока для свободной полосы, то подогрев понизит конечные деформации свободной полосы, но повысит их для за­крепленной полосы.

Приведенные выше примеры легко могут подтвердить сказан­ное. Режим, применявшийся для наплавки (/=155 a, v = = 0,12 см! сек.) свободной 50- и 100-миллиметровой полосы, является режимом выше критического (рис. 55), поэтому подогрев свободной 50-миллиметровой полосы приведет к уменьшению конечной кривизны тем большему, чем выше температура ПОДО - 88
грева, что и было установлено на рассмотренном примере. Закре­пление 50-миллиметровой полосы как бы увеличило ее ширину, доведя до 100 мм. Но так как и для этой ширины принятый ре­жим выше критического, то и в случае закреплений подогрев приведет к уменьшению конечных деформаций.

В то же время закрепление 100-миллиметровой полосы равно­сильно увеличению ее ширины примерно до 200 мм, при которой выбранный режим ниже критического и, следовательно, подогрев должен привести к увеличению конечных деформаций.

При местном подогреве его влияние будет зависеть от месі а расположения и интенсивности дополнительного источника тепла. Если бы распределение температуры от дополнительного источ­ника тепла было известно, то, суммируя вызываемый им нагрев с нагревом от сварки,

а)

можно было бы получить г исходные данные для определения деформаций и напряжений тем же ме­тодом, который приме­нялся в ранее рассмотрен­ных случаях.

Необходимо отметить, что в целях уменьшения остаточных деформаций и напряжений следует, применяя местный подо­грев, стремиться к такому расположению дополни­тельного источника тепла,

при котором распределение температуры по сечению, перпенди­кулярному к оси шва, было бы возможно более плавным и приближалось к линейному. Исходя из этих соображений, неце­лесообразно вести подогрев свариваемых кромок, так как при этом неравномерность подогрева только увеличится (рис. 72, а). Наиболее целесообразно располагать дополнительный источник тепла, отступя от кромки, с тем чтобы он выравнивал темпера­туру и приближал температурную кривую к прямой (рис. 72, б).

Что касается влияния охлаждения свариваемых листов, то оно проявляется двояко: путем прямого понижения температуры на­грева от сварки на величину общего охлаждения свариваемых листов (действие, обратное общему подогреву) и за счет со Да­ния более неравномерного распределения температуры с более узкой зоной йагрева вследствие более интенсивной теплоотдачи в окружающую среду. Последнее обстоятельство может быть вызвано ветром, увеличивающим теплоотдачу путем вынужден­ной конвекции, наличием на поверхности свариваемых листов воды, снега или льда, на таяние и испарение которых тратится значительное количество тепла.

Таким образом, влияние низких температур, а также условий, способствующих увеличенной теплоотдаче в окружающую среду
(сварка при ветре, при отсутствии защиты от атмосферных осад­ков и др.), может рассматриваться как применение пониженных режимов сварки. Соответственно в тех случаях, когда, например, сварка на морозе производится на режимах ниже критических, можно ожидать пониженных конечных деформаций. При сварке широких листов это и имеет место в действительности. При вы­полнении сварки на морозе режимами выше критических можно ожидать повышенных конечных деформаций, что может иметь место главным образом при сварке узких листов (рис. 55).

Очевидно, что применение при сварке на морозе повышенных сил тока и местного подогрева по схеме рис. 72, б может зна­чительно снизить пластические деформации растяжения, особенно неприятные при низких температурах.

Из приведенного видно, что, регулируя надлежащим образом тепловой режим сварки и учитывая собственную жесткость сва­риваемых листов, а также наличие дополнительных закреплений, можно получить желаемый конечный эффект от применения сварки.

Следует отметить, что регулирование теплового режима сварки может быть осуществлено не только путем выбора надлежащего режима сварки или применения подогрева, но и выбором надле* жащего метода наложения шва (сварка на проход одним или не­сколькими слоями, сварка участками, обратноступенчатая, от •середины к краям и до.), о чем будет сказано ниже.