Дугове зварювання, Деформації та напруги при зварюванні
При подальшому охолодженні балка вигинатиметься у зворотному (вказаному штрихом) напрямку і більшою мірою. У двутавровой балці при зварюванні полиці згинаються: верхня краями вниз, а нижня краями вгору. Вертикальна стінка згинається у вертикальній площині та утворюється серповидність. За допомогою нагрівання правлять спочатку верхню полицю, потім нижню і вертикальну стінку і в останню чергу серповидність.
На рис. 53 г показана виправлення нагрівів випучин в тонкому листі. При правці лист нагрівають окремими ділянками (плямами) у місцях, зазначених точками та розташованих на підставі випучини. Кожну наступну ділянку нагрівають після остигання попереднього. Стрілками показаний порядок та напрямок нагріву.
ТЕРМІЧНА ОБРОБКА ЗВАРЮВАЛЬНИХ ВИРОБІВ
Термічна обробка виробів після зварювання проводиться для усунення (зняття) в них залишкової напруги в тих випадках, коли це потрібно технічними умовами виготовлення даного виробу. Застосовують такі види термічної обробки.
Повний відпал. Сталевий виріб нагрівають до 820-930 ° С, витримують при цій температурі, потім їх повільно охолоджують.
Повний відпал забезпечує:
1) отримання дрібнозернистої будови, що підвищує пластичність металу шва та перехідної зони. Завдяки покращенню зчеплення між зернами зростає в'язкість металу;
2) зниження твердості металу шва, що полегшує подальшу обробку його різанням чи тиском;
3) знищення внутрішніх напруг у зварному виробі.
Час витримки за температури відпалу становить від 0,75 до 1 хв на 1 мм товщини виробу; загальний час витримки має бути не менше ніж 30 хв. Потім виріб повільно охолоджують разом з піччю.швидкістю від 50 до 75° на годину до температури 300°, після чого його можна вийняти з печі і охолоджувати на спокійному повітрі.
Занадто тривала витримка при температурі відпалу шкідлива, оскільки сприяє зростанню зерен. Особливо це позначається на м'якій низьковуглецевій сталі за нормальної температури вище 1000° З. Нижче цієї температури зростання зерна буде незначний навіть за витримці до 7—8 год. На рис. 54 показана схема зміни структури сталі за повного відпалу. До відпалу метал має крупнозернисту будову (рис. 54 а). За певної температури всередині великих зерен утворюються дрібні зерна (рис. 54,6).
До кінця нагрівання цей процес закінчується і метал набуває рівномірної та однорідної будови (рис. 54, в). Якщо сталь почати повільно охолоджувати, то дрібнозерниста будова збережеться, а по межах зерен виділиться м'яке пластичне чисте залізо — ферит (рис. 54, г), що забезпечує хороший зв'язок між зернами і робить в'язкою і пластичною сталь. Така структура залишається після відпалу.
Якщо при відпалі нагрівати сталь до 1200° С, тобто до початку оплавлення в середовищі, що містить кисень, то відбудеться не тільки перегрів, а й перепал (окислення) металу. Перепалена сталь має окислені з поверхні зерна, має велику крихкість і малу міцність. Якщо перегріту сталь можна виправити повторним відпалом, перепалений метал виправити не можна.
Нормалізація. Нормалізація відрізняється від повного відпалу більшою швидкістю охолодження. Підвищена швидкість охолодження в перші моменти після нагрівання дозволяє отримати дрібнозернисту будову металу. З цією метою зварний виріб після нагрівання до температури на 20-30 ° вище критичної та витримки виймають з печі та охолоджують на повітрі.
При нормалізації метал шва виходитьтрохи міцнішим, але менш пластичним, ніж при отжиге. Чим більше вуглецю та марганцю містить сталь, тим більше помітно зниження пластичності при нормалізації. Для м'якої низьковуглецевої сталі, що містить менше 0,2% вуглецю, замість відпалу рекомендується застосовувати нормалізацію.
Відпал для зняття напруги (низькотемпературний відпал або висока відпустка). Для зняття напруги виріб нагрівають до 600-650 ° С і після витримки (з розрахунку 2-2,5 хв на 1 мм товщини металу, але не менше 30 хв) піддають повільному охолодженню разом з піччю. Оскільки метал нагрівається до температури, що лежить нижче критичної, змін структури не відбувається.
При відпустці виріб можна нагрівати до нижчої температури, але тоді напруги частково залишаться у виробі, хоча піки їх значно знизяться. Так, наприклад, при 400-500 ° С знімається до 50%, а при 200-300 ° С - до 10-20% залишкових напруг, що виникають у процесі зварювання.
Для відпалу та нормалізації всієї звареної конструкції потрібні відповідні печі.
Висока відпустка усуває залишкову напругу і підвищує пластичність металу, але не ліквідує зварювальні деформації. Для усунення деформацій деталі слід попередньо затиснути у пристосування, надавши їм необхідну форму, а потім піддати високій відпустці. Після цього деталі зберігають ту форму, яку вони мали у пристрої.
ВПЛИВ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР НА ВЛАСТИВОСТІ ЗВАРЮВАЛЬНИХ СПОЛУК
Вплив низьких температур на метал. При зниженні температури нижче відомої межі звичайні вуглецеві сталі і наплавлений метал стають крихкими і їх ударна в'язкість різко знижується, хоча тимчасовий опір сталі при цьому навіть зростає. Якщо при температурі 20 ° С ударна в'язкість сталі Ст. 3 біля13 кгс-м/см 2 то при - 40 ° С вона складе тільки 0,5-1 кгс-м / см 2 . Тому зварні з'єднання зі звичайної сталі при температурі нижче - 40 ° С можуть давати тріщини при ударних навантаженнях або в місцях концентрації напруги.
Відпал після зварювання усуває внутрішні напруги та підвищує надійність експлуатації конструкції при знижених температурах.
Низьковуглецеві леговані сталі, що містять понад 3% нікелю, наприклад нержавіючі хромонікелеві сталі, а також кольорові метали (мідь, латунь, алюміній), не зменшують своєї ударної в'язкості навіть при дуже низьких температурах (до -250 ° С) і не стають крихкими. Тому їх широко використовують у виробах, що працюють при низьких температурах, наприклад
мір, в апаратах та судинах для отримання та зберігання рідкого повітря, рідкого кисню, рідкого водню, рідкого гелію та ін.
Зварювання при низьких навколишніх температурах. Низька навколишня температура при виконанні зварювання (зварювання на холоді) впливає на механічні властивості наплавленого металу низьковуглецевої сталі. При температурі нижче - 20 ° С сталь Ст. 3 дещо знижує ударну в'язкість, помітно зменшується кут загину, що свідчить про підвищення крихкості металу зварного шва. Тому у шві можуть утворитися тріщини вже у процесі зварювання на холоді. Найбільші труднощі виникають при зварюванні на холоді сталей, що містять вуглецю понад 0,25%, а також легованих марганцем, хромом та молібденом, схильних до загартування. В цьому випадку внаслідок швидкого охолодження ділянок, прилеглих до зварного шва, які при цьому частково гартуються і стають більш твердими та крихкими, можуть з'явитися тріщини. Для попередження утворення тріщин такі сталі на холоді слід зварювати з попереднім підігрівом місця зварювання та повільнимохолодженням шва після зварювання.
Зварювання на холоді нержавіючих хромонікелевих сталей і кольорових металів не впливає на властивості наплавленого металу і тому цілком допустима.
Для підігріву виробів при зварюванні на холоді застосовують індукційні нагрівальні пристрої – індуктори (рис. 55). Нагрівальний пристрій складається із сталевого магнітопроводу та обмотки. На рис. 55, а зображений індуктор з незамкненим сердечником 1, яким він встановлюється на аркуш 3, що нагрівається, а обмотка 2 підключається до вторинної обмотки зварювального трансформатора 4.
Вільні кінці обмотки нагрівача і вторинної обмотки трансформатора замикаються на виріб, що нагрівається. При проходженні по обмотці індуктора змінного струму в магнітопроводі і повітряному просторі окало полюсів сердечника виникає сильне змінне магнітне поле, яке індукує електрорушійну силу в виробі, що нагрівається. Під дією електрорушійної сили у виробі виникають вихрові струми, що нагрівають метал.
Для нагріву труб, колон, стрижнів і резервуарів невеликого діаметра застосовують індуктори без спеціального сердечника (рис. 55, б), яким в даному випадку служить сама труба, що нагрівається 1, навколо труби навивається обмотка 2. включається послідовно у вторинну обмотку зварювального трансформатора 3.
Переносні індуктори для підігріву мають потужність близько 9-10 ква і вага близько 30 кг. Швидкість нагріву становить 70-80 град/хв. Змінне магнітне поле індуктора впливає на зварювальну дугу, викликаючи магнітне дуття, яке поширюється на відстань близько 100 мм від індуктора.
Температура нагрівання металу визначається шляхом нанесення на нього смужок термофарби (термоіндикатора), яка при нагріванні до 150-200° змінює свій колір. Нагріванняведеться вздовж осі шва ділянками завдовжки до 800 мм і завширшки до 200 мм, навіщо індуктор цьому ділянці встановлюється двічі.
У багатошарових швах підігрів індуктором провадиться тільки при накладенні першого валика. Наступні шари потрібно наплавляти на метал, який повністю охолонув після наплавлення попереднього шару.
Автор:АдміністраціяЗагальна оцінка статті:Опубліковано:2011.06.01