§ 75. Методи боротьби зі зварювальними деформаціями і напруженнями
Раціональне конструювання зварних вузлів. Робочі креслення зварних конструкцій слід розробляти з урахуванням заходів по зменшенню зварювальних напруг і деформацій. Для цього зварні з'єднання конструюють таким чином, щоб обсяг наплавленого металу був мінімальним. Наприклад, при товщині металу більше 12 мм слід застосовувати Х- і К-подібну підготовку кромок. З цією ж метою замінюють переривисті з'єднання на суцільні шви меншого перетину. Виконують стикові шви при мінімальному куті розкриття кромок і мінімальному зазорі. Уникають різких переходів перетинів, а також застосовують переважно стикові з'єднання і не допускають концентрації і перетинів зварних швів.
Технологія складання і зварювання. Порядок складання під зварювання, спосіб зварювання, режими зварювання і послідовність накладення шва по його довжині й перетину роблять значний вплив на величину деформацій і напружень при зварюванні. Щоб зменшити залишкові деформації і напруги конструкцій і виробів при складанні, по можливості не допускають скріплення вузлів і деталей прихватками, які створюють жорстке кріплення. Для забезпечення рухомого стану закріплених деталей використовують клинові, центрувальні і інші складальні пристосування.
Зростанню деформацій сприяє, як правило, збільшення перетину шва.
Величина залишкових деформацій і напружень залежить від порядку накладення швів по довжині і перетину, тому при зварюванні листових конструкцій спочатку виконують поперечні шви окремих поясів, а потім з'єднують пояси між собою.
Урівноваження деформацій. Суть цього способу полягає в тому, що встановлюють певну послідовність накладення швів, при якій деформації від попередніх швів знижуються при виконанні наступних швів. Цей спосіб широко застосовують при зварюванні стрижневих конструкцій або деталей симетричного перетину.
Зворотні деформації. Перед зварюванням конструкції або елементу для зменшення залишкової деформації штучно створюють деформацію, зворотну по знаку по відношенню до тієї, яка може виникнути під час зварювання. На рис. 84 показані деякі приклади використання зворотної деформації.
Мал. 84. Схема створення зворотного прогину:
а - вільних аркушів невеликої ширини, б - вільних аркушів великої ширини, в - закріплених листів
Жорстке закріплення (рис. 85). Закріплення забезпечує зменшення зварювальних деформацій в порівнянні зі зварюванням у незакріпленому стані, якщо зона нагріву до температур вище 600 ° С не перевищує 0,15 загальної ширини зварюваного елементу. Якщо зона нагрівання буде більше 0,15 ширини листа, то жорстке закріплення не применшує деформацій, а, навпаки, може збільшити їх в порівнянні зі зварюванням у вільному стані.
Мал. 85. Схема жорсткого закріплення листів
Проковування швів і околошовной зони. Проковування сприяє зниженню напруги і деформацій, при виконанні проковки необхідно дотримуватися таких умов:
при багатошаровому зварюванні проковку виконувати пошарово, а перший і останній шари не проковувати;
проковку слід виконувати на ділянці шва завдовжки 150-200 мм відразу ж після зварювання або після підігріву його до 150-200 ° С;
при зварюванні металу товщиною понад 16 мм необхідно проковувати і метал околошовной зони.
Загальний отжиг зварного вироби. Відпал застосовується для сталей, що мають схильність до утворення загартованих зон поблизу зварного шва (особливо при великій товщині зварюваного металу), і для конструкцій, що працюють при знакозмінних навантаженнях.
Механічна правка конструкцій після зварювання. Правку виконують додатком ударної або статичного навантаження при холодному або нагрітому стані металу.
Термічна правка конструкцій і виробів після зварювання. Виправлення виконується наплавленням валиків із зворотного боку шва або місцевим нагріванням, здійснюваним в особливому для кожної конструкції порядку. Для отримання зварних конструкцій заданих проектних розмірів необхідно давати припуски на усадку зварних швів. На один поперечний стикового шов прокату або листа товщиною 8-16 мм припуск повинен складати близько 1 мм.
Деформації та напруги при зварюванні сталей, чавуну і кольорових металів. При вибірці методу зменшення деформацій і напружень, що виникають в процесі зварювання, необхідно враховувати марку зварюється.
При зварюванні пластин з вуглецевої сталі зазор можна робити менше, ніж при зварюванні мідних пластин. При зварюванні мідних пластин внаслідок великого лінійного і об'ємного розширення міді при маленькому зазорі в кінці зварювання пластини будуть накладатися одна на іншу. Якщо ж їх до початку зварювання жорстко закріпити, то в цьому випадку виникнуть значні залишкові напруги і деформації.
При зварюванні пластин з легованої сталі внаслідок зміни обсягу металу при зміні структури можуть виникати сили стиснення, якщо збільшується обсяг або сили розтягування при зменшенні обсягу. Тому при зварюванні легованих сталей необхідно прагнути до зменшення обсягу наплавленого металу і виконувати зварювальні роботи таким чином, щоб було менше закріплених частин свариваемой конструкції. Свобода частин свариваемой конструкції зменшить виникнення внутрішніх напружень.
При зварюванні чавуну деформацій не виникає, так як при утворенні значних внутрішніх напружень утворюються тріщини.
Для зменшення деформацій і внутрішніх напружень при зварюванні кольорових металів, що мають значний коефіцієнт лінійного і об'ємного розширення, необхідно збільшувати зазор між зварюються крайками і зменшувати обсяг наплавленого металу, а також потрібне жорстке закріплення деталей, що зварюються.
Питання для самоперевірки
1. Які методи зменшення (попередження) зварювальних напружень і деформацій існують?
2. У чому особливості жорсткого закріплення деталей при зварюванні?
Заробіть на своїх знаннях. Відповідайте на питання і отримуйте за це гроші!