Технологічні операції виправлення конструкції після зварювання
При зварювальних деформаціях, що перевищують допустимі, у ряді випадків вдається відновити необхідну геометричну форму виробу шляхом виправлення (рихтування) деяких елементів конструкції.
Механічні способи– вони засновані на створенні пластичних деформацій подовження в холодному стані з метою виправлення пластичних деформацій укорочення або вигину, спричинених зварюванням (холодне виправлення). Цей спосіб застосовують при товщині заготовок менше 7-8 мм. Застосовують згинання, розтягування, осадження металу за товщиною під пресом. прокатування, проковування. Останні дві операції виконують у межах шва та навколошовної зони. В результаті холодної редагування розміри та конфігурація виробу доводяться до заданих проектних значень. Необхідно враховувати, що надмірна деформація при рихтуванні виробу може спричинити появу тріщин у шві та навколошовній зоні, що для конструкції неприпустимо. Холодне виправлення виконують за допомогою пресів, домкратів, вальців або вручну ковальським інструментом;
Термічні способи– гаряче виправлення. Вона заснована на створенні пластичних деформацій конструкції – у гарячому стані при електричному чи газовому нагріві. Цим способом можна усунути викривлення товстостінних зварних елементів, а також випучини в листових конструкціях. При цьому способі редагування метал нагрівають плямами або ділянками, чим викликають пластичні деформації укорочення - стискування. Вуглецеві сталі зазвичай нагрівають полум'ям до 600...800°С. Необхідно прагнути короткочасного і концентрованого нагрівання, щоб сусідні зони залишалися ненагрітими і чинили опір розширенню нагрітого металу. Про результати редагування можна судити лише після повного остигання конструкції. Листові елементи інодіпісля нагрівання осідають молотом на площині. Так як нагрітий метал має низьку межу плинності (він пластичний), то він легко осідає, і в ньому при цьому виникають пластичні деформації укорочення.
Зварні конструкції невеликого розміру з метою редагування шляхом зняття внутрішніх напруг піддають відпалу в жорстких затискних пристосуваннях. Так, після зварювання конструкцію пружно деформують і затискають у пристосуванні, щоб вона набула правильної форми. Після нагрівання її разом з пристосуванням до температури 550. 650°З подальшого повільного охолодження, звільнена з пристосування конструкція зберігає форму, яка була їй надана в пристосуванні.
Термічна правка шляхомзагальногонагрівання конструкції при відпустці без використання пристосування неможлива, оскільки тільки напруги усуваються в зонах розтягування та стиснення. Отже, деформації, що спотворюють геометричну форму деталі можуть зберегтися.
До дорогого способу гарячої редагування вдаються тільки в технічно та економічно обґрунтованих випадках.
Мал. 7 Схема виправлення нагріванням
а–таврової балки; б - випучин листа.
2.8. Зона термічного впливу зварного шва
Відомо, що зварювання призначене для надійного, міцного та щільного з'єднання заготовок у складову деталь або складну конструкцію. Але ці умови не завжди досягаються повною мірою, тому що в зварному шві і навколошовній зоні в процесі їх зварювання та охолодження відбуваються зміни внутрішньої будови (структури) металу. Ці зміни супроводжуються погіршенням механічних властивостей шва та навколошовної зони порівняно з властивостями металу заготовок, що іноді призводить до виходу конструкцій з ладу та навіть аварій. Які ж причини такихзмін і як їх можна попередити, чи якою мірою враховувати?
При зварюванні плавленням до кромок заготовок, що з'єднуються, підводять зварювальне полум'я електричної дуги або палаючих газів, яке розплавляє ці кромки і присадковий матеріал з утворенням зварювальної ванни рідкого металу. Цей процес триває протягом 10. 25 с. Після видалення джерела тепла, метал ванни охолоджується за 50. 80 с і утворюється зварний шов. Обов'язковою умовою успішного зварювання плавленням є температура зварювального полум'я 2700. 4000°С. При меншій температурі джерела тепла зварювальна ванна буде утворюватися дуже повільно і неефективно внаслідок високої теплопровідності холодного металу і великих втрат тепла. Під час інтенсивного нагрівання та розплавлення основний та присадковий металисильно перегріваються. У вузькій зоні плавлення заготовок кристалізуються зерна, що належать до основного та наплавленого металу. Сусідні ділянки основного металу по обидва боки шва в процесі зварювання теж нагріваються, причому, в міру віддалення від шва температура їхнього нагріву дедалі менше. Ця вузька зона нагрітого металу називаєтьсязоною термічного впливу. Розміри зони термічного впливу залежать від способу та технології зварювання, від теплопровідності та теплоємності того чи іншого металу, що зварюється. Так, при ручному електродуговому зварюванні електродами з покриттям ширина цієї зони 4. 10 мм, при газовому зварюванні - 20. 25 мм, при автоматичному зварюванні під шаром флюсу при великій швидкості нагрівання ширина зони термічного впливу невелика - 2. 2,5 мм. Чим вже навколошовна зона термічного впливу, тим вищі механічні властивості зварної сполуки.
При зварюванні сталі, залежно від видалення шарів металу від шва, ці шари нагріваються в зоні термічного впливурізних температур. А в залежності від температури нагріву в різних шарах сталі відбуваються різні структурні перетворення.
У зоні термічного впливу умовно виділяють шість ділянок, нагрітих до різних температур і зазнали різних структурних перетворень.
У зварному шві наплавлений метал має стовпчасту крупно-зернисту будову, характерну для литої сталі, міцність і межу плинності якої дещо нижчі, ніж основного виробу. Деяка компенсація міцності шва досягається його дещо великим поперечним перерізом і легуванням.
Перша ділянка. Він примикає безпосередньо до металу шва. Основний метал на цій ділянці в процесі зварювання частково розплавляється і являє собою суміш твердої та рідкої фаз. Температура на цій ділянці вище за температуру плавлення сталі (понад 1539°С); утворюється крупнозерниста структура.
Затверділий метал за механічними властивостями близький до металу шва.
Друга ділянка. Тут сталь нагрівається до температур від 1500 до 1100°С. в результаті сильного перегріву після охолодження на цій ділянці утворюється крупнозерниста - грубоголкова структура. Метал цієї зони маєнайбільшукрихкість і є найслабшим місцем зварного з'єднання.
Третя ділянка. Температура стали від 900°С до 1100°С. Тут після повільного охолодження виробу утворюється дрібнозерниста структура нормалізованої сталі, механічні властивості якої вищі, ніж у перших двох зонах, вони наближаються до властивостей основного металу заготовок. При електродуговому зварюванні ця зона переважає, а при газовому зварюванні виражена слабо.
Четверта ділянка. Нагрів - 900. 700 ° С, ділянка неповної перекристалізації. У ньому порядз великими зернами фериту утворюються дрібні зерна фериту та перліту. Механічні властивості стали нижчими, ніж на ділянці 3.
П'ята ділянка. Нагрів – 700. 500°С. Якщо сталь перед зварюванням не піддавалася пластичній деформації, в холодному стані (менше 300°С), то структурних змін у ній на цій ділянці не відбувається. Якщо ж сталь зміцнювалася холодною пластичною деформацією, то на цій ділянці відбувається рекристалізація із втратою набутих властивостей та падінням ударної в'язкості.
Шоста ділянка. Нагрівання нижче 500°С. Якщо попередньо сталь пластично не зміцнювалася, вона не зазнає помітних структурних перетворень, проте спостерігається різке падіння ударної в'язкості – синеломкость. Якщо ж сталь попередньо пластично зміцнювалася, то в цій зоні відбувається часткова рекристалізація з деяким (до 30. 40%) зниженням її твердості та межі плинності.
З розглянутого видно, що зона термічного впливу є активною зоною реакції металу на нагрівання. Враховувати вплив цієї зони необхідно у таких випадках:
– при зварюванні сталей, попередньо підданих холодній пластичній деформації, відбувається втрата набутих властивостей; тому неприпустимо зварювати та нагрівати сталеві вантажні троси;
– вироби після зварювання повинні охолоджуватися повільно, щоб уникнути утворення в навколошовній зоні гартових структур;
- Враховувати особливості зони термічного впливу необхідно і при виборі способу зварювання виробів.
Таким чином, утворення зони термічного впливу зварного шва пов'язане з погіршенням міцності та пластичних властивостей металу, що зварюється. Це найслабше місце у зварному з'єднанні і це необхідно обов'язково враховувати як при проектуванні зварних конструкцій, так іта при їх експлуатації.