Методи боротьби зі зварювальними деформаціями та напруженнями
Раціональне конструювання зварних вузлів. Робочі креслення зварних конструкцій слід розробляти з урахуванням заходів щодо зменшення зварювальних напруг та деформацій. Для цього зварні з'єднання конструюють таким чином, щоб об'єм наплавленого металу був мінімальним. Наприклад, при товщині металу понад 12 мм слід застосовувати Х- та К-подібну підготовку кромок. З цією ж метою замінюють переривчасті з'єднання суцільні шви меншого перерізу. Виконують стикові шви при мінімальному куті розкриття кромок та мінімальному зазорі. Уникають різких переходів перерізів, а також застосовують переважно стикові з'єднання та не допускають концентрації та перетинів зварних швів.
Технологія складання та зварювання. Порядок складання під зварювання, спосіб зварювання, режими зварювання та послідовність накладання шва по його довжині та перерізу надають значний вплив на величину деформацій та напруг при зварюванні. Щоб зменшити залишкові деформації та напруги конструкцій та виробів при складанні, по можливості не допускають скріплення вузлів та деталей прихватками, які створюють жорстке кріплення. Для забезпечення рухомого стану закріплених деталей використовують клинові, центрувальні та інші складальні пристрої.
Зростанню деформацій сприяє, як правило, збільшення перерізу шва.
Величина залишкових деформацій і напруг залежить від порядку накладання швів за довжиною та перерізом, тому при зварюванні листових конструкцій спочатку виконують поперечні шви окремих поясів, а потім з'єднують пояси між собою.
Врівноваження деформацій. Сутність цього способу полягає в тому, що встановлюють певнупослідовність накладання швів, коли він деформації від попередніх швів знижуються під час виконання наступних швів. Цей спосіб широко застосовують при зварюванні стрижневих конструкцій або деталей симетричного перерізу.
Зворотні деформації. Перед зварюванням конструкції або елемента для зменшення залишкової деформації штучно створюють деформацію, зворотну за знаком стосовно тієї, яка може виникнути при зварюванні. На рис. 84 показані деякі приклади використання зворотної деформації.
Мал. 84. Схема створення зворотного прогину:
а - вільних листів невеликої ширини, б - вільних листів великої ширини, - закріплених листів
Жорстке закріплення (рис. 85). Закріплення забезпечує зменшення зварювальних деформацій порівняно зі зварюванням у незакріпленому стані, якщо зона нагріву до температур вище 600°С не перевищує 0,15 загальної ширини елемента, що зварюється. Якщо зона нагріву буде більше 0,15 ширини листа, то жорстке закріплення не зменшує деформацій, а навпаки може збільшити їх у порівнянні зі зварюванням у вільному стані.
Мал. 85. Схема жорсткого закріплення листів
Проковування швів і біля шовної зони. Проковування сприяє зниженню напруг і деформацій, при виконанні проковки необхідно дотримуватися наступних умов:
при багатошаровому зварюванні проковування виконувати пошарово, а перший і останній шари не проковувати;
проковування слід виконувати на ділянці шва довжиною 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 навколошовної зони.
Загальний відпал зварного виробу. Відпал застосовується для сталей, що мають схильність до утворення загартованих зон поблизузварного шва (особливо при великій товщині металу, що зварюється), і для конструкцій, що працюють при знакозмінних навантаженнях.
Механічна правка конструкцій після зварювання. Правку виконують додатком ударного чи статичного навантаження при холодному чи нагрітому стані металу.
Термічна правка конструкцій та виробів після зварювання. Правка виконується наплавленням валиків зі зворотного боку шва або місцевим нагріванням, що здійснюється в особливому для кожної конструкції порядку. Для отримання зварних конструкцій заданих проектних розмірів необхідно давати припуски на усадку зварних швів. На один поперечний стиковий шов прокату або листа завтовшки 8-16 мм припуск повинен становити близько 1 мм.
Деформації та напруги при зварюванні сталей, чавуну та кольорових металів. При вибірці методу зменшення деформацій та напруг, що виникають у процесі зварювання, необхідно враховувати марку металу, що зварюється.
При зварюванні пластин із вуглецевої сталі зазор можна робити менше, ніж при зварюванні мідних пластин. При зварюванні мідних пластин внаслідок великого лінійного та об'ємного розширення міді при маленькому зазорі наприкінці зварювання пластини накладатимуться одна на одну. Якщо ж їх до початку зварювання жорстко закріпити, то в цьому випадку виникнуть значні залишкові напруження та деформації.
При зварюванні пластин з легованої сталі внаслідок зміни об'єму металу при зміні структури можуть виникати сили стиснення, якщо збільшується об'єм або розтягування при зменшенні об'єму. Тому при зварюванні легованих сталей необхідно прагнути зменшення обсягу наплавленого металу і виконувати зварювальні роботи таким чином, щоб було менше закріплених частин зварюваної конструкції. Свобода частин конструкції, що зварюється, зменшитьвиникнення внутрішніх напруг.
При зварюванні чавуну деформацій не виникає, тому що при утворенні значних внутрішніх напруг утворюються тріщини.
Для зменшення деформацій і внутрішніх напруг при зварюванні кольорових металів, що мають значний коефіцієнт лінійного і об'ємного розширення, необхідно збільшувати зазор між кромками, що зварюються, і зменшувати обсяг наплавленого металу, а також потрібне жорстке закріплення деталей, що зварюються.
Запитання для самоперевірки
1. Які методи зменшення (попередження) зварювальних напружень та деформацій існують?
2. У чому особливості жорсткого закріплення деталей під час зварювання?