ВНУТРЕННИЕ УСИЛИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СВАРКЕ
Мероприятия по уменьшению деформаций при сварке
Образование остаточных напряжений и деформаций при сварке вызывается появлением внутренних усилий при местном нагреве металла. Оба эти явления находятся во взаимной связи, но проявляются при сварке конструкций в различной степени и во - многих случаях в противоположных направлениях.
В изготовленных без заметных искривлений сварных конструкциях остаточные напряжения растяжения часто достигают весьма высоких значений. Наоборот, в сильно деформированных при сварке конструкциях остаточные напряжения растяжения могут быть невелики. Вследствие этого, некоторые мероприятия по уменьшению остаточных деформаций будут противоположны мероприятиям по уменьшению остаточных напряжений.
Мероприятия по уменьшению деформаций можно разделить на три вида: 1) конструктивные, 2) технологические, проводимые в процессе сварки и 3) технологические, проводимые после сварки.
Основное внимание при изготовлении сварных конструкции обычно уделяется конструктивным и технологическим мероприятиям, выполняемым в процессе сварки. Главная задача этих мероприятий состоит в том, чтобы не допустить искривления продольной и поперечной осей конструкции и избежать выпучивания или волнистости листов от потери устойчивости.
К конструктивным мероприятиям относятся следующие:
1. Сечение швов не должно быть больше, чем требуется по условиям прочности, так как это увеличивает активную зону, а следовательно, и активные внутренние усилия.
2. Швы необходимо располагать по возможности ближе к осям, проходящим через центр тяжести изделия, или на самих осях, чтобы уменьшить плечи моментов от действия активных внутренних усилий.
3. Каждую пару параллельных швов следует располагать в одной плоскости, проходящей через центральную ось изделия, чтобы моменты от активных внутренних усилий швов уравновешивались и не порождали искривления конструкции относительно этой оси.
4. Количество швов в конструкции должно быть по возможности меньшим, в целях снижения усадочных усилий, действующих на конструкцию.
5. Припуски деталей на усадку должны быть установлены правильно, чтобы после оварки размеры конструкции соответствовали проектным.
6. Для ограничения угловой деформации, т. е. выхода деталей из плоскости соединения, необходимо уменьшать угол раскроя V-образных швов или применять Х-о:бразные швы при больших толщинах свариваемых листов.
7. Предусматривать в кондукторах зажимы для правильной установки деталей. при сборке, причем характер действия. зажимов должен обеспечивать свободное перемещение деталей в их плоскости по направлению поперечной усадки и препятствовать угловой деформации. Действие жестких зажимов должно обеспечивать создание требуемых ограничений в зависимости от хода деформации.
8. В конструкциях коро-бчатого сечения и плоских, имеющих замкнутые контуры сварных швов, с целью ограничения возможных вьгпучин или вогнутостей в листовых деталях от потери устойчивости, необходимо предусматривать ріаспорки, диафрагмы или ребра жесткости.
К технологическим мероприятиям по уменьшению деформаций, проводимым в процессе сварки, относятся следующие.
1. Режим сварки необходимо выбрать таким, чтобы ширина активной зоны была по возможности меньшей. Для равномерного нагрева металла по толщине целесообразно повышать плотность тока, чтобы провар металла был глубоким.
Глубокий провар поясных швов тавра и стыковых соединений способствует выравниванию поперечной усадки по толщине шва и уменьшает угловую деформацию.
В некоторых случаях при выполнении второго из двух симметричных относительно оси изделия швов целесообразно повышать режим сварки для увеличения активной зоны, с тем чтобы усилиями второго шва полностью устранить прогиб, вызванный наложением первого шва.
2. Швы следует выполнять в таком порядке, при котором деформация от предыдущего шва ликвидируется обратной дег формацией после наложения последующего шва.
Противоположные параллельные швы целесообразно выполнять одновременно или попеременно участками.
3. Обратноступенчатый метод сварки вызывает меньшие деформации, так как внутренние усилия, порождаемые усадкой металла, действуют на сравнительно небольшие области металла и к тому же они на соседних участках направлены в противоположные стороны.
4. Проковка швов в процессе сварки заметно уменьшает деформации. Последний облицовочный слой шва проковывать не рекомендуется, чтобы не вызвать появления трещин на поверхности шва.
5. Предварительный подогрев всего свариваемого изделия снижает остаточные напряжения и уменьшает остаточные деформации.
6. Искусственное охлаждение разогретого. металла теплоотводящими подкладками или проточной водой уменьшает активную зону и снижает продольную усадку. Однако такое меро* приятие при одностороннем действии может вызвать неравномерность нагрева по толщине металла и способность появлению угловой деформации.
7. Для устранения прогиба імож'но применять предварительный выгиб свариваемых изделий. Это компенсирует усадку шва после освобождения изделия от изгибающих усилий и таким образом понижает остаточные напряжения и деформации.
8. Сжатие шва перед началом остывания понижает деформации. Это имеет место при электроконтактной и газопрессовой сварках.
Выдавливание расплавленного ’металла. после нагрева уменьшает активную зону, 'поэтому остаточные напряжения и деформации ’снижаются.
9. Стыки тонколистовых соединений для резервуаров и оболочек целесообразно сваривать на магнитных стендах. Последние не препятствуют поперечной усадке в плоскости листов и предотвращают угловую деформацию. Последующая вальцовка полотнищ для придания им цилиндрической формы в значительной мере устраняет угловые деформации и местное выпучивание.
10. При сварке тонких листов по замкнутому контуру средняя' область листа, подвергаясь всестороннему сжатию от действия усадочных усилий вдоль шва, выпучивается от потери устойчивости. Для предотвращения выпучивания целесообразно перед сваркой производить местный подогрев средней области. Если привариваемый лист имеет четырехугольный контур, то после подогрева средней области листа необходимо отдельные швы выполнять от середины к концам.
11. Для уменьшения коробления и предупреждения появления волнистости на свободной кромке широкого листа при приварке его 'второй кромки к какой-либо детали, у свободной кромки прихватывают временные жесткости в виде уголков или полос.
12. Сварка деталей в закрепленном положении и кондукторах снижает остаточные деформации.
13. Для устранения выпучивания или волнистости в тонколистовых элементах сварной конструкции весьма эффективным является предварительное растяжение листов и приварка их в растянутом состоянии к другим элементам конструкции или сварка в растянутом состоянии между собой. В результате остаточные реактивные напряжения осевого сжатия значительно уменьшаются.
Это объясняется тем, что при закреплениях деформирование изделия от внутренних усилий при пластическом и упруго-пластическом состоянии металла шва в процессе остывания уменьшается вследствие пластически^ удлинений в волокнах активной зоны. После освобождения конструкции от закреплений остаточные деформации образуются только внутренними усилиями упругого действия металла в холодном состоянии, следовательно, они будут меньше, чем при накапливании деформаций в процессе всего периода остывания сварных швов.