Напруги та деформації при зварюванні та їх усунення, Енциклопедія виробництва підйомних кранів

У процесі зварювання під дією нерівномірного нагріву основного металу, усадки металу шва і структурних змін у конструкціях виникають внутрішні напруги, що викликають їх деформації. Внутрішня напруга часто викликає короблення конструкцій, створюють випучини, викривлення, а в листових конструкціях викликають хвилястість листів. Так, усадка металу шва призводить до виникнення напруг, що розтягують, в сусідніх ділянках конструкції. Усадку вимірюють у відсотках від початкового лінійного розміру, і для різних металів вона різна: маловуглецева сталь 2,0; сірий чавун 0,7 -0,8; алюміній 1,7 -1,8; мідь 2,1; латунь 2,06; бронза 1,45 -1,6.

Деформації, що виникають при зварюванні, значною мірою вивчені і можуть бути запобігані або зменшені шляхом дотримання певних вимог.

Ці вимоги в основному полягають у наступному:

для створення взаємно врівноважених деформацій при зварюванні необхідно застосовувати двостороннє зварювання, Х - подібне оброблення кромок та автоматичне зварювання під флюсом без скосу кромок;
при зварюванні необхідно закріплювати елементи, що зварюються шляхом прихватки або притискними пристроями;
у деяких випадках конструкції необхідно зварювати з попередньою деформацією, зворотною за знаком зварювальних деформацій, або встановленням конструкцій у вільному стані під кутом з метою створення протидіючого моменту;
зварювання елементів необхідно вести на оптимальних режимах, що забезпечують швидку та високу концентрацію тепла;
посилено охолоджувати зварне з'єднання - мідні підкладки, водяне охолодження тощо;
при заповненніоброблення довгими ділянками кожен попередній шар до накладення наступного встигає значно охолоджуватися, що призводить до появи деформацій. Застосування методу зворотно-ступінчастого зварювання при виконанні швів великої протяжності сприяє більш рівномірному розподілу напруг, скорочення деформацій внаслідок створення рівномірного остигання заварених ділянок та зменшення температурного перепаду між ділянками;
для зменшення концентрації напруг необхідно уникати швів, що перехрещуються, і зварних з'єднань з накладками;
необхідно дотримуватись певної послідовності накладання швів та напрямки зварювання, що впливають на характер і величину деформацій елементів та жолоблення всієї конструкції.

Зварювання необхідно виконувати у такій послідовності, щоб з'єднання, що визначає базовий розмір, зварювалося останнім. При цьому всі неточності, викликані попередніми операціями зварювання, компенсуються в останній сполукі, яка зазвичай робиться внахлестку. Цей спосіб широко застосовують при виготовленні опор, рам, стріл та ін.

Стикові шви, що дають велику усадку, слід варити першими, а потім валикові шви. Ребра жорсткості та косинки, що збільшують жорсткість конструкції, рекомендується варити по можливості в останню чергу.

Складання конструкцій із сталей, не чутливих до термічного впливу, здійснюється на прихватках, які не вирубуються перед зварюванням. Якщо сталь чутлива до термічного впливу, зварювання на прихватках забороняється. Виконують прихватку електродами того ж типу, що і зварювання даного виробу. Перетин шва прихватки не повинен перевищувати однієї третини перерізу шва (максимальний переріз шва - прихватки має бути не більше 25-30 мм2). Довжину прихватки зазвичай беруть умежах 20-120 мм, відстань між ними 500-800 мм. Прихватки рекомендується накладати з боку, зворотній накладенню першого шару основного шва. Порядок накладання прихваток регламентується технічними умовами. При отриманні після зварювання деформованих конструкцій та деталей допускається застосовувати різні спеціальні способи ручної, механічної та термічної правки.

У практиці заводів деформовані металоконструкції виправляють за допомогою струбцин, гвинтових домкратів та місцевим тепловим впливом.

Правка місцевим нагріванням доступна будь-якому підприємству, але вона вимагає виконавців високої кваліфікації та відповідної навички. При місцевому нагріванні метал, розширюючись, зустрічає протидію навколишніх холодних ділянок, внаслідок цього в нагрітих ділянках металу виникають пластичні деформації стиснення. При охолодженні в результаті усадки металу лінійні розміри нагрітої ділянки зменшуються і сили розтягування, що виникають, випрямляють деформовану ділянку. Це і використовують для виправлення деформованих зварних з'єднань.

Метал нагрівають газовим полум'ям чи вугільним електродом до пластичного стану. Нагрівати метал слід з опуклої сторони і редагування необхідно проводити послідовно шляхом декількох нагрівань, причому не слід нагрівати одне і те ж місце двічі. Правка нагріванням вважається правильною, якщо після першого нагріву деформація зменшилася вдвічі. У тому випадку, коли дії одних сил розтягування усунення деформацій недостатні, їх посилюють накладенням додаткових технологічних вантажів. Після цього нагрівають та залишають конструкцію під дією навантаження до повного охолодження. Іноді після нагрівання посилено охолоджують водою або стисненим повітрям і застосовують швидке проковування нагрітих ділянокмолотком. Прогини в деталях з труб правлять нагріванням по трубі, що утворює, вздовж її максимальної опуклості. Ширина площі нагрівання береться 0,1-0,3 діаметра труби.

Прогини в деталях з профільного прокату, балкові та рамні конструкції керують несиметричним нагріванням. При цьому виникає згинальний момент, під дією якого елемент виправляється. Смуги нагріву накладаються у вигляді «клинь» так, щоб основа їх збіглася з ділянкою найбільшої опуклості, Нагрів необхідно починати з вершини клину.