Yoga-mgn.ru

Строительный журнал
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Методы снижения сварочных напряжений и устранения остаточных деформаций

Винокуров В. А. — Сварочные деформации и напряжения

СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

Сварочные деформации и напряжения. Винокуров В. А.

«Машиностроение», 1968, 236 стр

В книге изложены современные представления об образовании деформаций, напряжений и перемещений, вызываемых сваркой.

Приведены расчетные и экспериментальные методы их определения и результаты исследований. Рассмотрен ряд методов уменьшения и устранения сварочных напряжений и деформаций, нашедших применение в производстве.

Книга предназначена для технологов и конструкторов, работающих в области сварочного производства; сотрудников научно-исследовательских институтов и лабораторий, ведущих разработку методов устранения сварочных напряжений и деформаций. Книга может быть полезной аспирантам и студентам сварочной специальности.

Табл. 7. Илл. 147 Библ. 124 назв

Сварка как способ соединения материалов получила широкое развитие. Преимущества сварных соединений по сравнению с другими типами неразъемных соединений весьма значительны. Однако процесс сварки не свободен от недостатков. В процессе сварки возникают напряжения и деформации, которые в ряде случаев могут оказать отрицательное влияние на качество сварной конструкции.

Во время изготовления сварных конструкций искажаются проектные формы и размеры изделий, на восстановление которых затрачивается много труда. Между тем правильное построение технологического процесса сборки и сварки, а также выбор рациональных режимов сварки, как правило, позволяют избежать чрезмерных деформаций. Большими возможностями для уменьшения деформаций располагают также конструкторы.

В условиях эксплуатации остаточные напряжения и пластические деформации металла могут способствовать уменьшению прочности, коррозионной стойкости, жесткости или точности сварной конструкции. Обоснованное и грамотное применение методов устранения остаточных напряжений позволяет, с одной стороны, экономно изготовлять сварные конструкции, с другой — существенно повысить их качество и надежность.

В настоящей монографии изложены современные представления о термомеханических процессах при сварке, составленные на основе теоретических и экспериментальных исследований сварочных напряжений и деформаций; рассмотрены существующие способы их устранения. В книге использованы материалы исследовательских работ, проведенных в МВТУ им. Баумана, и некоторые результаты исследований других авторов. Ряд пунктов главы I и некоторые пункты других глав базируются на положениях теории упругости и пластичности, а поэтому для ознакомления с ними требуются некоторые специальные знания. В книге наряду с применяемыми в настоящее время единицами измерения приведены единицы измерения по системе СИ (последние взяты в скобки) в соответствии с ГОСТом 9867—61.

Автор выражает благодарность д-ру техн. наук проф. Г. А. Николаеву за инициативу в постановке многих исследований, нашедших отражение в книге, а также за помощь и советы в работе над ней. Некоторые исследования проведены автором совместно с д-ром техн. наук проф. С. А. Куркиным и кандидатами техн. наук В. М. Сагалевичем и А. С. Газаряном.

Теория сварочных напряжений и деформаций является одним из наиболее сложных разделов науки о сварке, объединяющим вопросы теплопроводности, упругости, пластичности и ползучести металлов в широком диапазоне быстро изменяющихся температур.

В ряде случаев еще не представляется возможным во всей полноте отразить термомеханические процессы, происходящие в металле во время сварки и остывания конструкции. Точные количественные зависимости не могут быть получены главным образом вследствие недостаточного развития теории пластичности тел с переменным модулем упругости и переменным пределом текучести металла в случае перемещающихся полей напряжений. Теория сварочных напряжений и деформаций развивается как приближенная прикладная наука, призванная ответить на некоторые практические вопросы технологии изготовления и эксплуатации сварных конструкций. Расширение и сокращение металла в процессе нагрева и остывания при сварке сопровождается образованием деформаций. При этом вследствие неравномерного нагрева деформации, как правило, не протекают беспрепятственно.

В теле образуются напряжения, которые часто достигают значений предела текучести. Процесс нагружения металла в этом случае сопровождается пластической деформацией. Деформации металла в отдельных точках приводят к образованию перемещений в сварных конструкциях, в результате чего нарушаются их формы и размеры.

Исторически сложилось так, что в большинстве случаев под названием «сварочные деформации» фактически понимают перемещения отдельных точек сварной конструкции, а не деформации металла, как это рассматривается в теории упругости и пластичности. Несмотря на то, что деформации, напряжения и перемещения между собой связаны, изучение их зачастую производилось обособленно. Это обстоятельство отразилось и на расположении материала в данной книге: вначале рассмотрены деформации и напряжения в металле, а затем перемещения в сварных соединениях и конструкциях.

Деформации и напряжения в металле сварных конструкций влияют главным образом на их прочность, в то время как перемещения — на технологический процесс изготовления и на искажение геометрических форм сварной конструкции. Влияние деформаций, напряжений и перемещений в сварных соединениях и конструкциях на их прочность, жесткость и коррозионную стойкость в научной литературе освещено еще слабо. Подобные исследования начали развиваться лишь в последние 10—15 лет. Уже в основном разработаны методы определения сварочных деформаций, напряжений и перемещений, а также технологические приемы их регулирования и устранения. Этим вопросам и посвящена настоящая монография.

Методы снижения остаточных сварочных напряжений и деформаций

Основные сведения о сталях и их свариваемости

При изготовлении деталей вагонов применяют главным образом конструкционные низкоуглеродистые, среднеуглеродистые и низколегированные прокатные и литые стали, а также коррозионно-стойкие стали. Основным легирующим элементом в углеродистых сталях, определяющим механические свойства и свариваемость, является углерод. Стали с содержанием углерода до 0,25 % относятся к низкоуглеродистым, от 0,26 до 0,45% — к среднеуглеродистым, от 0,45 до 0,8% — к высокоуглеродистым. Углеродистые стали бывают обыкновенного качества и качественные. По степени раскисления стали обыкновенного качества подразделяются на спокойные (сп), полуспокойные (пс) и кипящие (кп).

Кипящая сталь содержит не более 0,07% кремния, имеет неравномерное распределение серы и фосфора по толщине, склонна к старению и охрупчиванию. Полуспокойная сталь занимает промежуточное место между кипящей и спокойной сталями.

Стали, содержащие специально введенные элементы, называются легированными. Если содержание каждого элемента не превышает 2%, а суммарное содержание легирующих элементов – 5%, то сталь считается низколегированной. Применение низколегированных сталей позволяет повысить прочность и надежность деталей и сварных конструкций, а также сопротивление атмосферной коррозии, в ряде случаев снизить их массу.

С целью снижения растягивающих остаточных сварочных напряжений, уменьшающих прочность сварных соединений вагонов при переменных нагрузках и являющихся одной из основных причин хрупких и замедленных разрушений, особенно при отрицательных температурах, а также с целью устранения остаточных деформаций и перемещений, затрудняющих последующую сборку и сварку конструкций (наличие остаточных сжимающих напряжений в зонах концентраторов способствует повышению прочности особенно при переменных нагрузках) необходимо соблюдать следующие основные принципы:

1) снижать величину и объем пластических деформаций укорочения при сварочном нагреве путем регулирования термического воздействия следующими методами: уменьшением количества сварных швов и количества наплавленного металла за счет уменьшения площади разделки кромок или расположением сварных швов симметрично относительно оси симметрии изделия; уменьшением погонной энергии (отношения вводимой тепловой энергии к скорости сварки); предварительным или сопутствующим подогревом свариваемого изделия или зоны сварного шва; принудительным охлаждением шва или околошовной зоны за дугой или применением электродов с покрытием, содержащим железный порошок, при ремонте сваркой узлов и деталей из углеродистых сталей;

2) снижать величину пластических деформаций укорочения, возникших при сварочном нагреве, путем создания после сварки пластических деформаций обратного знака (удлинения) в металле шва и околошовной зоне следующими методами: проковкой шва и околошовной зоны; механической правкой путем изгиба или растяжения сварного элемента; сваркой в жестких приспособлениях; последующим высоким общим или местным отпуском;

3) компенсировать возникающие при сварке деформации (перемещения) следующими методами: созданием предварительных деформаций, противоположных по направлению сварочным, путем приложения механических усилий с использованием специальных приспособлений (особенно эффективно при компенсации деформации продольного изгиба балочных конструкций); расположением свариваемых деталей при сборке перед сваркой под углом с учетом последующей усадки, приводящей к изгибу; рациональной последовательностью сборки и сварки и последовательности наложения швов, особенно при двусторонней многослойной сварке; увеличением припусков на размеры свариваемых деталей на величину продольной и поперечной усадки однопроходных и многослойных швов.

Читать еще:  Как загнуть трубу из нержавейки: основные способы и приемы

Для уменьшения остаточных напряжений и деформаций при однослойной ручной дуговой сварке швов средней длины (300

При сварке многослойных швов необходимо применять каскадный метод сварки. Длина каждой ступени в зависимости от состава основного металла должна находиться в пределах 300-600 мм. Каждый последующий слой накладывают на еще не успевший остыть предыдущий слой. Допускается также применять сварку на проход и горкой.

Наиболее полное снятие остаточных напряжений после сварки (до 80-95%) достигается при высоком отпуске. Применение высокого отпуска должно быть технически и экономически обосновано, а режим должен определяться соответствующей технологической или конструкторской документацией.

Значительное снижение остаточных напряжений в сварных соединениях может быть достигнуто проковкой швов. Проковка должна быть выполнена в процессе остывания стальных сварных соединений при температурах 450°С и выше либо 150°С и ниже. В интервале температур 150-450°С проковка недопустима из-за понижения пластичности металла (для контроля температуры рекомендуются термокарандаши, термокраски и приборы дистанционного контроля).

Проковка может выполняться вручную молотком массой 0,6-1,2 кг или пневматическим молотком. При этом ударные поверхности инструмента должны иметь закругления радиусом не менее 2 мм. При многослойной сварке проковывают каждый слой за исключением первого. Проковка, как правило, должна применяться для уменьшения остаточных и реактивных напряжений при заварке трещин и замыкающих швов в жестких конструкциях.

Предварительный или сопутствующий подогрев с целью снижения временных и остаточных напряжений и связанных с ними горячих или холодных трещин необходимо производить при сварке сталей с содержанием углерода более 0,25% (для углеродистых сталей) или эквивалентного углерода Сэкв более 0,45% для низколегированных сталей.

Одной из мер снижения остаточных деформаций является закрепление свариваемых деталей в специальных приспособлениях-кондукторах, а также применение прихваток при сборке деталей и узлов.

Прикладываемое продольное усилие при сварке балочных конструкций с продольным растяжением вдоль шва для уменьшения остаточных напряжений должно создавать напряжения в свариваемых деталях (0,8-0,9)sт основного металла. Снятие этих усилий после сварки приведет к уменьшению остаточных продольных напряжений (вдоль шва) до 70-80%.

Для уменьшения угловых деформаций при многослойной сварке деталей средней и большой толщины необходимо производить двустороннюю сварку с попеременным наложением швов с обеих сторон с учетом того, что после заполнения разделки до толщины 40-50 мм угловые деформации не могут быть исправлены за счет наложения швов.

Технология и фактические значения параметров процессов, проводимых с целью снижения сварочных напряжений и деформаций, должны быть предварительно проверены на опытных образцах, соответствующих по материалам и геометрии свариваемому или наплавляемому изделию.

Дата добавления: 2014-01-05 ; Просмотров: 1397 ; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

Сварочные деформации вследствие изменения размеров и формы конструкций существенно затрудняют их сборку, ухудшают внешний вид и эксплуатационные качества. Сварочные напряжения снижают сопротивляемость сварных конструкций разрушению, особенно при воздействии циклических нагрузок и агрессивных сред. Поэтому применяют различные способы уменьшения или устранения сварочных деформаций И напряжений.

Мероприятия по уменьшению деформаций и напряжений могут осуществляться на разных стадиях изготовления конструкции: до сварки — на стадии проектирования конструкции и технологии производства, во время и после сварки.

Мероприятия, применяемые преимущественно для снятия сварочных напряжений, влияют на деформации и, наоборот, мероприятия, применяемые преимущественно для уменьшения деформаций, влияют на величину напряжений. Рассмотрим основные способы уменьшения сварочных деформаций и напряжений.

Уменьшение остаточных сварочных напряжений. Способы уменьшения остаточных напряжений делят на термические, механические и термомеханические. Наиболее эффективно снятие остаточных напряжений способами, осуществляемыми после сварки.

К термическим способам „относят предварительный и сопутствующий подогрев во время сварки и высокий отпуск после сварки.

Подогрев снижает предел текучести металла в момент сварки, что и влияет на формирование и величину остаточных напряжений. Снижение напряжений при низкотемпературном подогреве (до 200—250 °С) составляет ориентировочно не более 30—40%.

Общий высокий отпуск является наиболее эффективным методом уменьшения остаточных напряжений, так как позволяет снизить напряжения на 85—90% от исходных значений и одновременно улучшить пластические свойства сварных соединений. Высокий отпуск состоит из нагрева (для стали до температуры около 650 °С), вьщержки (2—4 ч) и медленного охлаждения.

Местный отпуск применяют для снятия пиковых величин остаточных напряжений и восстановления пластических свойств сварных соединений. При местном отпуске нагревают до заданной температуры лишь часть конструкции.

Поэлементный отпуск состоит в том, что при монтаже крупного баритных конструкций подвергают отпуску отдельные узлы кон струкции, включающие зоны и элементы, где отпуск необходим а затем эти узлы сваривают между собой чаще всего встык с полным проваром без концентраторов. Обычно в этих соединениях предусматривают снятие напряжений местными способами (термическими или механическими).

Механические способы (проковка, прокатка, вибрация, взрывная обработка, ультразвуковая обработка, приложение нагрузки к сварным соединениям) основаны на создании пластической деформации металла сварных соединений, вследствие чего происходит снижение растягивающих остаточных напряжений.

Металл проковывают непосредственно после сварки по горячему металлу или после его остывания. Основное преимущество этого метода заключается в простоте применяемого оборудования, универсальности и оперативности.

Прокатка обеспечивает более равномерную пластическую деформацию металла по сравнению с проковкой и в основном предназначена для устранения остаточных деформаций.

Приложение нагрузки к сварным соединениям осуществляют растяжением или изгибом элементов. Суммирование остаточных и приложенных напряжений вызывает пластические деформации удлинения и после снятия нагрузки снижение максимальных напряжений.

Наряду с рассмотренными механическими методами для снятия напряжений начинают использовать вибрацию, ультразвуковую и взрывную обработку.

Термомеханические способы основаны на одновременном протекании тепловых и механических процессов.

Способы уменьшения сварочных деформаций. Все мероприятия по уменьшению деформаций можно разделить на три группы в зач висимости от того, применяют ли их до сварки, в процессе сварки или после нее.

Мероприятия, применяемые до сварки.

1. Рациональное конструирование сварного изделия, которое включает: – уменьшение количества наплавленного металла и соответственно количества вводимого при сварке тепла за счет уменьшения сварных швов и их сечений; – избежание скоплений и перекрещиваний швов; – симметричное расположение швов для уравновешивания деформаций; – симметричное расположение ребер жесткости, накладок, косынок и т. д. и их минимальное использование.

2. На стадии разработки технологии целесообразно предусматривать: – размеры и форму заготовок с учетом величины возникающих прй сварке усадок; – предварительную деформацию заготовок, которая была бы противоположной ожидаемой сварочной деформации; – правильный выбор вида сварки, учитывая, что деформации при ручной сварке, как правило, больше, чем при автоматической, а деформации при сварке под флюсом больше, чем при сварке в углекислом газе.

Мероприятия, применяемые в процессе сварки:- – снижение погонной энергии при назначении более экономичных режимов; – искусственное охлаждение зоны сварки, например, водой, водо-охлаждаемыми медными накладками и т. д. для уменьшения зоны нагрева и соответственно сварочных деформаций; – закрепление свариваемых изделий в жестких приспособлениях; применение многослойных швов вместо однослойного, проковка швов после каждого прохода; – рациональная последовательность сварки для уравновешивания деформаций, применение обратноступенчатого способа сварки, заключающегося в том, что всю длину шва разбирают на отдельные ступени и сварку каждой ступени выполняют в направлении, обратном общему направлению сварки.

Читать еще:  Циркониевые сплавы: состав, свойства, применение

Мероприятия, применяемые после сварки: механическая правка сварных изделий для создания пластических деформаций, обратных сварочным, путем растяжения, изгиба, местного деформирования проковкой, прокаткой роликами, осадкой металла по толщине под прессом и др.; – тепловая правка местным нагревом. Расширяющийся при местном нагреве металл осаживается прилегающим холодным металлом, поэтому после охлаждения размеры нагретого участка уменьшаются, что приводит к устранению местных деформаций (хлопунов, выпучин и т. д.); – высокий отпуск деталей в зажимных приспособлениях.

Способы устранения сварочных деформаций и перемещений

Установки для автоматической сварки продольных швов обечаек — в наличии на складе!
Высокая производительность, удобство, простота в управлении и надежность в эксплуатации.

Сварочные экраны и защитные шторки — в наличии на складе!
Защита от излучения при сварке и резке. Большой выбор.
Доставка по всей России!

Существует много приемов, позволяющих уменьшить или устранить сварочные деформации. Способы борьбы с деформациями могут быть классифицированы и по другому признаку в зависимости от того, применяются ли они до сварки, в процессе сварки или после сварки.

Способы, используемые до сварки

1. Рациональное конструирование предполагает уменьшение количества наплавленного металла в конструкции; назначение видов сварки с малой погонной энергией, например контактной; симметричное относительно центра тяжести сечения расположение швов; расположение швов на жестких элементах с целью уменьшения деформаций потери устойчивости; применение прерывистых швов.

2. Назначение начальных размеров и формы заготовок, их взаимное расположение с учетом последующей усадки (рис. 135, а).

3. Создание деформаций, обратных сварочным, путем закрепления изделий в приспособлениях. Закрепления снимают только после завершения сварки (рис. 135, б).

Деформация укорочения тонколистовых полотнищ может быть существенно уменьшена, если листы упруго собрать на приспособлении, имеющем цилиндрическую форму с выступающим пояском в зоне стыка (рис. 135, в). Зона шва, расположенная на большем диаметре, имеет перед сваркой увеличенную длину. После сварки она сокращается, напряжения при этом снимаются, а коробление листов заметно уменьшается. Данный способ используют сравнительно редко.

4. Создание деформаций, обратных сварочным, когда изделия сваривают без фиксации в приспособлении, например раскатка края обечайки перед выполнением кольцевого шва. Способ применяют редко.

5. Использование поля напряжения, мало изменяющегося в результате сварки, например сварка по кромке, отрезанной газом.

Способы, используемые в процессе сварки

1. Снижение погонной энергии сварки за счет более экономичных режимов. Способ используют относительно часто.

2. Уменьшение площади зоны пластических деформаций путем охлаждения водой, например, при контактной или газоэлектрической сварке.

3. Закрепление в приспособлении. Широко используется в производстве. Положительный эффект достигается за счет жесткости приспособления. Полного устранения деформаций при этом не достигается.

4. Рациональная последовательность выполнения сборочно-сварочных операций (рис. 135, г). В некоторых случаях это единственный способ избежать значительных остаточных деформаций.

5. Нагружение сварного соединения растягивающими усилиями (рис. 135, д). В производстве почти не применяется.

Способы, используемые после сварки

Сварочные деформации чаще устраняют после сварки, чем предупреждают их перед сваркой или в процессе сварки. Это, по-видимому, объясняется не только тем, что возможности способов, применяемых до сварки или в процессе сварки, ограничены, но также и организационно-техническими причинами, так как организовать правку после завершения сварки, когда деформации уже известны, значительно проще. Способы, используемые после сварки, следующие:

1. Создание путем пластической деформации перемещений, обратных сварочным (изгиб, растяжение, проковка, прокатка роликами).

2. Создание пластических деформаций укорочения путем местного нагрева. Этот прием широко используется в производстве и довольно эффективен .

3. Устранение деформаций путем высокого отпуска деталей в зажимных приспособлениях.

Как избежать деформаций при сварке? Способы устранения сварочных деформаций

Статья «Как избежать деформаций при сварке? Способы устранения сварочных деформаций» является заключительным продолжением для статей «Деформации и напряжения при сварке. Причины сварочных деформаций и напряжений» и «Виды деформаций и напряжений при сварке».

Для уменьшения внутренних деформаций и напряжений применяют ряд технологических приёмов по технике и очерёдности выполнения швов и их расположению, по выбору правильной конструкции изделия, по выбору режимов ручной дуговой сварки (или другого способа сварки).

Меры по предотвращению сварочных деформаций

Одним из способов устранения сварочных деформаций является сварка в кондукторах — специальных приспособлениях, позволяющих жёстко закрепить изделие. Кроме этого, часто применяют предварительную деформацию свариваемых деталей. Направление предварительной деформации должно быть противоположно ожидаемой деформации при сварке. Такая мера называется ещё методом предварительного изгиба.

Такой метод используют для предотвращения угловых деформаций при сварке угловых швов и при сварке нахлёсточных соединений. При сварке листового металла малой ширины, их выгибают в сторону, обратную от предполагаемой деформации.

В случае сварки листов большой ширины, их сварные кромки предварительно изгибают. Для предотвращения деформаций при сварке тавровых и двутавровых соединений, их закрепляют в приспособления, которые изгибают детали в сторону, обратную предполагаемой деформации.

Техника сварки, позволяющая избежать сварочных деформаций

Существуют разные варианты техники сварки, позволяющие уменьшить сварочные напряжения и поводки. При выполнении сварочных швов большой длины, используют обратноступенчатый способ сварки на проход (схема а) на рисунке слева). При выполнении многослойной сварки, наплавляются каскадные сварные швы, или горкой. Каждый из этих слоёв (кроме первого и последнего) проковывают.

Кроме этого, сварные швы выполняются таким образом, чтобы каждый последующий шов вызывал напряжения, противоположные напряжениям от предыдущего шва (схемы б) и в) на рисунке слева).

Последовательность сварки не должна препятствовать возможной свободной деформации сварной металлоконструкции. Например, при сварке листового настила из металлических полос, необходимо, в первую очередь, сваривать листы в каждом слое настила, а затем сваривать слои между собой (см. рисунок справа).

При сварке вязких материалов, применяют способы сварки, позволяющие снизить остаточные напряжения. К таким способам относятся закрепление свариваемой детали в специальных приспособлениях. В таких приспособлениях свариваемые детали собирают, сваривают и остужают.

Кроме этого, применяют различные приёмы, позволяющие быстро отводить тепло от сварного изделия, например, при охлаждении под струёй воды, или отвод теплоты с помощью медных подкладок.

Если свариваемый металл склонен к формированию закалочных структур, то резкое охлаждение сварного шва и зоны термического влияния приводит к возникновению внутренних напряжений и образованию холодных трещин в металле.

Для того, чтобы уменьшить перепад температур в металле, пред сваркой выполняют предварительный подогрев. Если сварочные работы ведутся при низких температурах, то подогрев обязателен даже если выполняется сварка низкоуглеродистых сталей.

Термообработка после сварки для устранения напряжений и деформаций

Отпуск после сварки для снятия напряжений

При сварке углеродистых конструкционных сталей выполняют общий высокотемпературный отпуск. Для этого сварное изделие нагревают до температуры 630-650°C, выдерживают при этой температуре и охлаждают. Время выдержки определяется из расчёта 2-3мин на миллиметр толщины металла.

Охлаждение сварного соединения должно происходить медленно, чтобы при остывании вновь не возникли внутренние напряжения. Скорость охлаждения стали определяется, в зависимости от её химического состава. Чем больше в составе стали присутствует элементов, способствующих закалке, тем меньше скорость охлаждения при отпуске после сварки. Часто сварное соединение охлаждают вместе с печью до температуры 300°C, а затем на обычном воздухе.

Отжиг для устранения внутренних напряжений

Отжиг для устранения напряжений и деформаций при сварке выполняется полный или низкотемпературный. При полном отжиге сварное изделие нагревают до температуры 800-950°C, выдерживают и охлаждают вместе с печью. После такого отпуска вязкость и пластичность сварного шва увеличивается, а твёрдость уменьшается.

При низкотемпературном отпуске сварное соединение нагревают до температуры 600-650°C и охлаждают вместе с печью. При таком отпуске, нагрев металла происходит до температур, ниже критических, поэтому, преобразований в кристаллической структуре металла не происходит.

Читать еще:  Нормализация стали: режимы, температура, процесс

Аргонодуговая обработка для снятия остаточных напряжений

Для снятия остаточных напряжений и деформаций после сварки применяют аргонодуговую обработку. Суть её заключается в том, что переходную зону от сварного шва к основному металлу расплавляют неплавящимся электродом в среде аргона. При расплавлении этой переходной зоны напряжения, действующие между металлом шва и основным металлом, исчезают. При кристаллизации, они появятся вновь, но их величина будет намного меньше изначальной. Такой способ позволяет снизить остаточные напряжения до 70%. Кроме снижения напряжений, этот метод позволяет получить плавный переход от шва к основному металлу и это существенно увеличивает прочность конструкции.

Проковка сварного шва с целью уменьшения напряжений и устранения деформаций

Если в металле шва или близлежащих областях металла создать дополнительные пластические деформации, то можно полностью устранить остаточные напряжения и деформации при сварке. Для этого выполняют проковку сварных швов.

Проковывают сварное соединение во время его остывания при температурах выше 450°C, либо ниже 150°C. При температурах от 200°C до 400°C проковку не выполняют из-за повышенного риска образования надрывов.

Проковывают швы вручную, молотком, массой около 1кг. Допускается применять пневматический молоток. В случае выполнения многослойных швов, не выполняют проковку последнего слоя и первого, на котором от ударов возможно образование трещин. Таким способом снимают напряжения в металле при заварке дефектов или при выполнении замыкающего сварного шва.

Термическая правка металла

Для устранения сварочных деформаций может применяться термическая правка, при которой нагрев сварного соединения происходит газовым пламенем, либо электрической дугой от неплавящегося электрода. При термической правке металл нагревается до температуры 750-850°C и начинает стремительно расширяться. Но, окружающие его холодные слои металла препятствуют его расширению и вызывают пластическую деформацию данного участка. При охлаждении, металл нагретого участка сжимается, и в нём происходит частичное или полное устранение деформаций.

Механическая правка сварного соединения

При сварке тонкого металла (до 3мм) правка производится вручную, с помощью молотка. При больших толщинах металла применяют прессы. Этот способ устранения сварочных деформаций не нашёл широкого применения, т.к. термическая правка является более целесообразным способом.

После механической правки на поверхности металла остаётся местный наклёп и предел текучести на этом участке повышается. При этом, пластичность стали снижается. Подобная неоднородность механических свойств негативно отражается на статической прочности всей металлоконструкции и при её работе под переменными нагрузками.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ УСТРАНЕНИЯ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ

Для снижения остаточных сварочных напряжений применяют отпуск сварных конструкций. Применение отпуска целесообразно, если предъяв­ляются повышенные требования к прочности сварной конструкции и точ­ности ее размеров при последующей эксплуатации. Кроме того, иногда це­лесообразно восстановить пластические свойства металла в зонах, где концентрировались пластические деформации при сварке, а также повы­сить сопротивляемость хрупким разрушениям. В остальных случаях при­менение отпуска не рекомендуется из-за удорожания стоимости производ­ства конструкции.

Различают общин отпуск, когда равномерно нагревается все изде­лие, н местный — нагревают лишь часть конструкции в зоне сварного

соединения. При применении общего отпуска на этапах нагрева и вы­держки образуются необратимые пластические деформации растяже­ния и деформации ползучести, что и приводит к снижению напряже­ний. Температуры отпуска [°С], обеспечивающие снижение остаточных напряжений до уровня (0,05. 0,2)о, для различных сплавов находят­ся в следующих пределах:

850.. .1050 250.„300

конструкционные стали аустенитные стали алюминиевые сплавы титановые сплавы

При применении местного отпуска, т. е. нагрева отдельных участков сварного соединения по необходимому ТЦ (газовое пламя, электрическая дуга, инфракрасные излучатели и др.), образуются необратимые пласти­ческие деформации растяжения в приповерхностных слоях сварного со­единения, приводящие к перераспределению остаточных сварочных на­пряжений и снижению их уровня.

С целью компенсации пластических деформаций укорочения, обус­ловленных сваркой, создают в сварном соединении пластические дефор­мации удлинения. Это достигается осаживанием металла по толщине для его удлинения в плоскости сварного соединения. При этом не стремятся к тому, чтобы обеспечить равномерное уменьшение пластических дефор­маций и, соответственно, остаточных напряжений в зоне сварного соеди­нения. Преследуется только одна цель — уменьшение величин объемов укорочения. Обычно применяют следующие способы.

Проковка — применяется как в процессе сварки но остывающему металлу, гак и после полного охлаждения сварного соединения. Про­ковкой осаживают металл по толщине, создавая пластические дефор­мации удлинения в плоскости, перпендикулярной направлению удара. Этим достигают уменьшения растягивающих или даже появления сжи­мающих напряжений. Проковка ведется механизированным инструмен­том с малыми (до 6,„7 м/с), средними (до 100 м/с) и высокими (более 100 м/с) скоростями движения бойка. Проковка маневренна, в этом ее преимущество перед другими методами. Следует опасаться снижения пластичности металла вследствие ее исчерпывания при проковке.

Импульсная обработка взрывом — применяется как средство повыше­ния выносливости сварных соединений при переменных нагрузках. При такой обработке происходит перераспределение остаточных сварочных напряжений. Для ее осуществления используют заряды ленточного типа, которые укладывают на обрабатываемые поверхности.

Прокатка зоны сварном соединения — используется, главным образом, для уменьшения остаточных напряжении и для заглаживания швов, В местах прокатки растягивающие напряжения уменьшаются и могут стать даже сжимающими. Прокатка производится стальными ролика­ми шириной з,0„.15,0 мм. Не рекомендуется применять прокатку для конструкций из малопластичных материалов. При наличии коррози­онной среды требуется проверка влияния прокатки на коррозионную стойкость сварных соединений.

Возможен и другой путь создания в сварном соединении пласти­ческих деформаций удлинения, заключающийся в растяжении сварно­го соединения в пределах всей конструкции за счет образования новых пластических деформаций удлинения. Это достигается нагружением уже готовой сварной конструкции — либо растяжением, либо (чаще) изгибом. Более подробно взаимодействие внешних усилий с полем ос­таточных сварочных напряжений на всех этапах нагружения сварного соединения будет рассмотрено в следующем разделе.

Когда готовое судно еще находится на построечном месте (на на­клонном стапеле), в металле его корпуса уровень и распределение оста­точных напряжении, обусловленных сборочно-сварочными работами, наиболее опасны. Спуск судна — это первое наиболее опасное испыта­ние в его жизни. Можно утверждать, что при благополучном спуске, т, е, после первого серьезного нагружения (нагружения изгибом), суд­но становится как бы «моложе».

Также следует отметить очень перспективный метод уменьшения остаточных сварочных напряжений — механическую вибрацию. Сущ­ность метода — воздействие на сварную конструкцию переменной на­грузкой, создаваемой с помощью вибратора на частоте, близкой к резо­нансной, Основные преимущества метода вибрации — универсальность и простота оборудования, высокая скорость снятия напряжений. Он особенно эффективен, когда не может быть использована термообра­ботка, например в случае сварных соединений из разнородных метал­лов.

Метод термической правки получил широкое распространение при производстве сварных конструкций благодаря простоге и маневренно­сти. Метод основан на создании с помощью местного нагрева дополни­тельных пластических деформаций укорочения в зонах, имеющих из­лишнее удлинение. Механизм образования деформаций при правке аналогичен сварочному. В качестве источников теплоты используется главным образом газовое пламя, позволяющее довольно просто регу — лнровать количество и распределение вводимой теплоты. Сварочная дуга, как более концентрированный источник, используется для прав­ки конструкции из материалов с высокой теплопроводностью. Нагрев ведут пятнами или полосами. Необходимо стремиться к кратковремен­ному и концентрированному нагреву, чтобы соседние зоны оставались не нагретыми и сопротивлялись расширению нагретого металла, вызы­вая в нем пластические деформации укорочения.

О результате правки можно судить лишь после полного охлаждения конструкции. Листовые элементы иногда после нагрева осаживают мо­лотками на плоскость. Так как нагретый металл имеет низкий предел текучести, то он легко осаживается, при этом в нем возникают пласти­ческие деформации укорочения.

Успех правки зависит от квалификации и опыта правщика, так как технологу трудно регламентировать и контролировать все параметры правки.

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector