ВНУТРЕННИЕ УСИЛИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СВАРКЕ

Технологические мероприятия в процессе сварки

могут быть самые разнообразные и зависят от характера соединений и вида конструкции, применяемых методов сварки, режима нагрева, механических характеристик и химического состава сваривае­мых металлов.

Как правило, для уменьшения пиков остаточных напряжений и избежания трещин при сварке незакрепленных деталей, а так­же закаливающихся сталей, тепловой режим сварки целесооб­разно повышать с целью увеличения объема разогреваемого металла, а значит и уменьшения скорости остывания. При свар­ке больших толщин и закаливающихся сталей необходимо про­изводить предварительный подогрев.

При оварке жесткозакрепленных деталей, в целях избежа­ния трещин и разрывов, следует применять пониженные тепло­вые (режимы.

Сварка закрепленных деталей большой толщины производит­ся многослойными швами, причем сначала накладывают слои попеременно по кромкам разделки, а затем заполняют середину шва. При этом применяются электроды с повышенными пла­стичными свойствами.

Порядок наложения отдельных швов должен быть таким, чтобы свариваемые детали находились в свободном состоянии, особенно это относится к стыковым швам, у которых большая поперечная усадка. В первую очередь свариваются стыковые швы, а затем угловые. Так, при сварке двутавровых балок спер­ва свариваются стыки полок и стенки, а затем поясные швы. При сварке цилиндрических резервуаров или полотнищ судовых секций сперва сваривают стыки каждого пояса, а затем свари­вают пояса между собой. При сварке барабанов или цилиндров паровых котлов также сперва сваривают продольные швы обечаек, а затем кольцевые швы между обечайками.

Сварку каждого шва в отдельности следует выполнять на - проход или от середины к концам. Не рекомендуется варить от концов шва к его середине. Прихватки при сборке или закрепле­ния, создаваемые ранее наложенными швами, должны нахо­диться от места стыка не ближе 0,5 м. Нельзя ставить прихватки ча пересечении швов.

Для уменьшения влияния поперечной усадки нужно умень­шить зазоры в стыковых швах, а сварку производить с глубо­ким проваром корня шва. Процесс сварки вести быстро, чтобы остывание по толщине и длине шва было более равномерным.

В этом отношении большие преимущества имеет автоматическая и полуавтоматическая сварка под флюсом.

Швы больших сечений целесообразно выполнять в несколько слоев. При многослойной сварке частично производится посте­пенный отпуск ранее выполненных слоев и уменьшается объем .металла, в котором остаточные напряжения растяжения дости­гают (высоких значений. Многослойные швычпри сварке жестких деталей рекомендуется выполнять с перевязкой слоев. Длина участков должна быть 50—70 мм, чтобы металл одного слоя не остыл до наложения последующего слоя.

Сборку следует производить. в кондукторах с зажимами, до­пускающих перемещение деталей в своей плоскости для свобод­ного осуществления поперечной усадки. Если при сборке конст­рукции ставились прихватки, то места их должны быть хорошо проівареньї.

С целью уменьшения влияния жестких связей, создаваемых одними швами на другие, и удобства автоматизации аварки ре­комендуется отдельно сваривать узлы, а потом соединять их в целую конструкцию.

Необходимо стремиться к тому, чтобы температура окружа­ющей среды была по возможности наиболее высокой. Чем выше температура окружающей среды, тем медленнее происходит остывание шва, и собственные напряжения снижаются. Сварка же на морозе, на сильном ветре, на сквозняке создает большие перенапряжения, что часто приводит к трещинам. Место сварки должно быть защищено от атмосферных осадков, холода и сквозняков.

Нужно помнить, что высокая точность сборки является важнейшим и необходимым условием повышения качества сварки.

Применение кондукторов для сборки и сварки способствует понижению напряжений. В кондукторах с зажимами, позволяю­щими взаимное перемещение деталей при поперечной усадке швов, напряжения в последних понижаются значительно. В кон­дукторах с жесткими закреплениями остаточные напряжения ■после снятия закреплений тоже снижаются.

Предварительный подогрев изделия и поддержание его в процессе сварки снижает собственные напряжения и способст­вует более равномерному распределению температуры по сече­нию сварного изделия при остывании шва. Даже подогрев до 150—200° С 'часто обеспечивает сварку больших толщин углеро­дистых и легированных сталей без появления трещин. Подогрев является целесообразным и при сварке больших толщин на ма­лоуглеродистой стали.

С целью уменьшения собственных напряжений в некоторых случаях целесообразно производить местный подогрев соседних, областей около шва. Так, при заварке трещины (щели) полезно предварительно нагреть область А и В.(фиг, 110). В этом слу* 230
чае при выравнивании температуры нагретые области будут сокращаться в направлении усадки пива. Перед заваркой тре­щины концы ее необходимо закруглить (засверлить).

Глубокий провар вершины поясных швов таврового соедине­ния способствует уменьшению поперечных напряжений, вследст­вие более свободного перемещения полки в направлении верти­кальной оси стенки. Ввиду этого при автоматической - сварке под флюсом, дающей глубокий провар, поперечные напряжения в поясных швах меньше, чем при ручной сварке.

'В ответственных сварных. конструкциях, предназначенных для тяжелых эксплуатацион­ных условий, с целью повыше­ния их работоспособности про­изводят снятие собственных на­пряжений после сварки. Это важно для конструкций, изго­товляемых из легированных сталей или из сталей с повы­шенным содержанием угле­рода.

Для снятия или уменьшения остаточных напряжений после сварки применяются следующие методы:

(1. Общий высокий отпуск сварного изделия в термической печи. Изделие нагревают їв печи до 600—650° С и выдерживают около 3 мин на 1 мм толщины металла. При этой температуре малоуглеродистая сталь переходит в пластическое состояние и напряжения иісчезают. Затем печь выключают и сварное изде­лие равномерно остывает вместе с печью.

2. Местный отпуск путем нагрева до 600° С околошовной зоны индукционным методом или газопламенной горелкой. Это пол­ностью не устраняет остаточных напряжений, но значительно снижает их.

3. Механический споісоб снятия сйбственных напряжений пу­тем растяжения конструкции до напряжений предела текучести. .После разгрузки сварная конструкция в значительной мере ос­вобождается от остаточных напряжений. Механический способ вызывает наклеп и снижает пластические свойства сварных швов. Применять такой способ для снятия собственных напря­жений не рекомендуется. К тому же этот ’способ очень трудо­емкий.

Таким образом наиболее радикальным методом устранения собственных напряжений является общий отпуск в термических печах. Однако этот метод неприменим для конструкций больших габаритов. Поэтому, естественно, возникает вопрос: является ли обязательным освобождение сварной конструкции от собствен­ных напряжений для повышения ее эксплуатационной работо­способности? Несомненно, что отпуск необходим для сварных
•конструкций, їв которых имеются закалочные зоны или образо­вались очаги хрупкого состояния ;в сварных швах. В сварных конструкциях из сталей, у которых содержание углерода до 0,25%’ и швы обладают достаточной пластичностью, отпуск не обяза­телен. Так, например, испытания показывают, что после отпуска ударная вязкость и вибрационная выносливость сварных соеди­нений и'з таких сталей мало превышает ударную вязкость и виб­рационную выносливость сварных соединений, не 'подвергавших­ся отпуску.

Термический отпуск для полной) снятия остаточных напряже­ний после сварки необходим для машиностроительных конструк­ций, у которых требуется сохранение точных размеров между определенными узлами и точками этой конструкции после при­менения /механической обработки (например, расстояние между опорами валов, направляющими движущихся. механизмов и др.)- При наличии остаточных напряжений после сварки ‘конструкция при механической обработке под действием их будет деформиро­ваться и с течением времени произойдет изменение раз­меров.

При наличии в сварных швах хрупкого состояния собствен­ные напряжения оказывают отрицательное влияние даже на ста­тическую прочность сварных конструкций, поэтому термический отпуск их необходим.