12 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Проковка сварных швов

Термопластический метод снятия напряжений

Метод основан на создании пластических деформаций в зоне шва, что осуществляется путем нагрева смежных со швом участков основного металла.

При этом достигается тот же эффект, что и при растяжении внешними силами. Снятие напряжений достигается только при тщательной регулировке источника нагрева и определенной скорости перемещения его вдоль шва.

Снятие сварочных напряжений с помощью аргоно-дуговой обработки. Одной из мер снятия сварочных напряжений является расплавление участка перехода от шва к основному металлу неплавящимся электродом в аргоне (рис. 4-26). При этом нарушается равновесие внутренних сил напряженного поля вследствие перехода части металла в жидкое и пластическое состояние. Естественно, что при кристаллизации расплавленного металла будут вновь возникать напряжения, однако они сравнительно малы, так как количество этого металла во много раз меньше, чем металла шва. Расплавление небольшого количества основного металла и металла шва приводит к уменьшению напряжений на 60—70%. Получаемый при этом плавный переход от шва к основному металлу способствует значительному повышению прочности сварных соединений при переменных нагрузках (рис. 4-27).

Снятие сварочных напряжений путем проковки металла шва и околошовной зоны. Сварочные напряжения могут быть сняты почти полностью, если в шве и околошовной зоне создать дополнительные пластические деформации. Это достигается проковкой швов. Проковку производят в процессе остывания металла при температурах 450° С и выше либо от 150° С и ниже. В интервале температур 400—200° С в связи с пониженной пластичностью металла при ее проковке возможно образование надрывов. Специальный нагрев сварного соединения для выполнения проковки, как правило, не требуется. Удары наносят вручную молотком массой 0,6—1,2 кг с закругленным бойком или пневматическим молотком с небольшим усилием. При многослойной сварке проковывают каждый слой, за исключением первого, в котором от удара могут возникнуть трещины. Этот прием применяют для снятия напряжений при заварке трещин и замыкающих швов в жестких конструкциях. Проковка сварного соединения также способствует повышению усталостной прочности конструкции.

Снятие сварочных напряжений путем нагружения конструкции до напряжений, равных пределу текучести металла. Эффективной мерой снятия сварочных напряжений в конструкциях, изготовляемых из незакаливающихся сталей, является воздействие на сварную конструкцию внешних сил, от которых в ней возникают напряжения, равные пределу текучести металла. Нагружение конструкции должно быть статическим и проводиться в условиях, когда металл находится в пластическом состоянии (при положительной температуре). Такой метод снятия напряжений особо следует рекомендовать для конструкций, работающих в тяжелых условиях эксплуатации (низкие температуры, большие скорости приложения нагрузок) перед вводом их в работу.

Если в первый период эксплуатации конструкция работает в условиях, когда металл находится в пластическом состоянии, происходит смягчение остроты концентраторов напряжений. При этом сварочные напряжения не повлияют на статическую прочность конструкции при тяжелых условиях ее эксплуатации. При снятии напряжений этим способом не все элементы конструк^ ции могут быть нагружены до предела текучести. Поэтому напряжения снимаются только в элементах, наиболее нагруженных от прилагаемых нагрузок, в остальных, например в участках с приваренными ребрами, фланцами и т. п., они остаются почти без изменений.

Нагружение до предела текучести конструкций, при сварке которых возможно образование малопластических закалочных структур в околошовной зоне, не приводит к снятию сварочных напряжений. В этом случае сварочные напряжения могут быть сняты только высоким отпуском. Выполнен ряд исследовательских работ по уменьшению либо полному устранению сварочных напряжений при помощи ультразвука.

Устранение деформации путем термической правки. При термической правке нагрев производят газокислородным пламенем либо электрической дугой неплавящимся электродом. Температура нагрева деформированного участка при термической правке составляет 750—850° С. Нагретый участок стремится расшириться, однако окружающий его холодный металл ограничивает возможность расширения, в результате чего возникают пластические деформации сжатия. После охлаждения линейные размеры

нагретого участка уменьшаются, что приводит к уменьшению или полному устранению деформаций

На рис. 4-28, а показаны деформированная балка с приваренными косынками и места, подлежащие нагреву при правке. Если балка таврового сечения деформируется после сварки в сторону пояса, ю рекомендуется править ее, как показано на рис. 4-28, в, и нагревать ряд участков самого пояса. В практике часто наблюдается сложная деформация стенки и пояса (рис. 4-28, б). Для устранения такой деформации производят нагрев как вертикальной стенки, так и пояса.

Для правки сварных конструкций требуется определенный навык. Поэтому, если в производственных условиях неизбежна правка конструкций, то для выполнения термической правки необходимо специально обучать рабочих В случае деформации тонкого листа, приваренного к массивной раме, правку можно осуществлять путем нагрева в симметрично расположенных точках с выпуклой стороны листа. Нагрев следует начинать от центра выпуклости.

Устранение деформации путем механической правки

Для устранения деформации механическую правку можно осуществлять на прессах или при толщине металла до 3 мм вручную ударами молотка. Этот вид правки менее целесообразен, чем термическая правка, и его применение следует ограничивать. При механической правке образуется местный наклеп, повышающий предел текучести металла. Пластические свойства металла резко снижаются, особенно у кипящей стали. Вызываемая наклепом неоднородность механических свойств сказывается отрицательно на статической прочности конструкции и при эксплуатации конструкции под переменными нагрузками.

Способы уменьшения и исправления внутренних напряжений и деформаций

Борьба с внутренними напряжениями и деформациями является важнейшей задачей сварщика. Существует несколько способов уменьшения внутренних напряжений и деформаций в сварных конструкциях. К этим способам относятся: уменьшение массы наплавленного металла, правильный порядок наложения швов, выполнение длинных швов обратноступенчатым способом и применение многослойных швов, послойная их проковка, применение обратной деформации.

Уменьшение массы наплавленного металла на единицу массы конструкции достигается правильным конструированием изделия, применением листов и заготовок наиболее крупных размеров, сокращением сечения швов за счет уменьшения угла скоса кромок, использования технологии сварки с глубоким проплавлением и сварки на форсированных режимах.

При ручной дуговой сварке возможно применение нескольких способов выполнения длинных швов. Некоторые из этих способов показаны на рис. 25.

Применение многослойных швов позволяет уменьшить внутренние напряжения и коробление, улучшить структуру и качество наплавленного металла, обеспечить послойную термическую обработку швов.

Послойная проковка швов применяется при сварке металлов больших толщин и специальных жаропрочных сталей. Проковку производят после наложения каждого слоя частыми легкими ударами пневматического зубила с закругленным бойком. Частота и интенсивность проковки выбираются опытным путем в зависимости от толщины металла, состава стали, температуры нагрева, при которой ведется сварка, и ряда других факторов и условий. Проковку ведут до уничтожения рисунка шва. Обычно первый и последний слои металла не подвергаются проковке, так как она может вызвать в них появление трещин и надрывов.

Обратная деформация свариваемых элементов может выполняться по схемам, показанным на рис. 38. С целью уменьшения деформации конструкций, изготовляемых из вязких материалов, несклонных к трещинообразованию, может применяться жесткое закрепление отдельных элементов перед сваркой. Для закрепления используют специальные кондукторы, плиты и другие приспособления, обладающие большой жесткостью. В них собирают, сваривают и охлаждают конструкцию. Этот способ позволяет уменьшить или полностью избежать деформацию конструкции, но увеличивает внутренние напряжения в ней.


Рис. 38. Приемы снижения деформаций от сварки
а — угловой излом до сварки; б — сборка с расчетным отклонением от заданного положения; в — предварительный изгиб; г — механический зажим; д — сборка с переменным зазором; е — технически обоснованный выбор последовательности наложения швов (1—4)

Для частичного или полного устранения внутренних напряжений применяют предварительный подогрев свариваемого металла, термическую обработку швов и околошовной зоны после окончания сварочных работ, иногда применяют полную термическую обработку изделия.

Исправление различных деформаций и местных искривлений, возникающих в процессе сварки, выполняют механической и термической правкой. Для механической правки применяют прессы, домкраты, правильные вальцы, ударные приспособления. Термическая правка выполняется путем воздействия местного источника тепла на деформированный участок (газовой горелкой, угольной дугой прямого или косвенного действия, наплавкой валика и т. п.).

Термическая правка широко используется в производстве, так как она проста, удобна, дешева, позволяет исправлять общие и местные деформации. Подвергать термической правке можно металлы, обладающие достаточной пластичностью и не меняющие своих свойств в интервалах температур правки.

При правке деформированную поверхность нагревают до 300—650 °С со стороны выпуклой части (горба). В зависимости от величины деформации нагрев производят несколько раз, начиная с максимальной точки прогиба и постепенно переходя к краю исправляемого участка.

Читать еще:  Какую нагрузку выдерживает сварной шов?

Местным нагревом можно править сложные, механически обработанные детали.

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

При сварке изделий невозможно полностью избежать остаточных деформаций. При всестороннем защемлении свариваемого изделия можно лишь свести деформации изделия к концу охлаждения к минимальной величине.

Всестороннее защемление при сварке изделия практически осуществить трудно, поэтому такой способ борьбы со сварочными деформациями почти не применяют. Используются только такие способы, которые позволяют получать сварные изделия с минимальными остаточными деформациями. Некоторые способы борьбы с деформациями изделия приводят к возрастанию внутренних напряжений, например, закрепление свариваемых деталей перед сваркой.

Для борьбы со сварочными деформациями применяются конструктивные и технологические способы. К конструктивным способам относятся:

1. Уменьшение количества сварных швов и их сечения, что снижает количество вводимого при сварке тепла.

Поэтому минимальная деформация конструкции будет при наименьших протяженности и сечении швов, например резервуары изготовляют в настоящее время нз больших листов или из предварительно собранных в заводских условиях полос и карт.

2. Симметричное расположение швов для уравновешивания деформаций.

3. Симметричное расположение ребер жесткости.

4. Минимальное использование накладок и косынок.

5. Применение стыковых соединений.

К технологическим способам относятся:

1. Рациональная технология сборки и сварки, которая включает правильный выбор вида и режима сварки, а также правильную последовательность наложения швов. Например, при ручной сварке деформация вдвое больше, чем при автоматической.

Соединения без скоса кромок дают меньшие деформации, чем соединения с разделкой кромок. Соединения с двусторонним скосом кромок образуют меньшие деформации, чем соединения с односторонним скосом.

Величина деформации зависит от способа сборки и прихватки Детали собираются с жестким креплением, не допускающим какого-либо смещения одной детали относительно другой или с эластичным, допускающим смещение деталей. Жесткое крепление деталей осуществляется сварочными прихватками в отдельных местах шва (рис. 4, а) или жесткими сборочно-сварочными приспособлениями. Сборка с эластичным креплением производится специальными пластинами, временно прихватываемыми к деталям на некотором расстоянии от оси шва (рис. 4, б, в). Жесткая сборка приводит к меньшей конечной деформации по сравнению с эластичной.

На величину конечных деформаций влияет последовательность наложения швов. Например, наименьшая стрела прогиба узла, показанного на рис. 5, будет при такой последовательности выполнения швов: сначала — поперечный шов, затем — продольный и после него — поперечный вертикальный.

2. Жесткие закрепления деталей. Собранное изделие полностью сваривается, если закреплено на фундаменте, плите или приспособлении, которые имеют жесткость, в несколько раз большую по сравнению с сварным изделием. После сварки и полного охлаждения изделия зажимы удаляются. После освобождения изделия деформация будет меньше, чем при сварке в свободном состоянии. Закреплением можно снизить сварочные деформации на Ю—30% в зависимости от ряда условий. Этот способ дает наибольший эффект при сварке балок малой высоты и наименьший — при сварке высоких балок (1000 мм и более).

Закрепление рекомендуется при сварке плоских листов для предотвращения угловых деформаций. Листы можно прижимать вблизи шва, например, электромагнитными прижимами. Чем тоньше свариваемые листы, тем целесообразнее их закрепление, с тем чтобы избежать также и выпучивания.

Полностью устранить деформации закреплением невозможно, так как при освобождении от зажима сварное изделие продолжает деформироваться за счет силы, сконцентрированной на участке металла с пластической деформацией.

3. Обратный выгиб деталей. Свариваемые детали предварительно изгибают перед сваркой на определенную величину f в обратную сторону (рис. 6) по сравнению с изгибом, вызываемым сваркой. Этот прием используется при сварке узлов таврового сечения. Величина изгиба устанавливается опытным или расчетным путем. Обратный изгиб перед сваркой выполняют с приложением усилия в пределах упругого, упруго-пластического и пластического состояния. Сварка изделия с упругим изгибом производится в особых силовых приспособлениях. Изделие с пластическим изгибом сваривается в свободном состоянии. Однако для получения пластического изгиба требуется мощное оборудование; поэтому такой способ редко применяется в сварочном производстве. Пользуясь обратным изгибом, можно полностью устранить конечные деформации сварных изделий.

4. Правильный тепловой режим. Для уменьшения деформации изделий, особенно из малопластичных металлов, например чугуна или закаливающихся сталей, можно применять предварительный подогрев зоны сварки шириной 40—50 мм с каждой стороны шва. При этом снижается перепад температур между участками сварного соединения, подвергающимися сильному нагреву при наложении шва, и, следовательно, уменьшаются напряжения и конечные деформации. Температура предварительного подогрева устанавливается в зависимости от химического состава металла, его толщины и жесткости конструкции, например: для стали — 400— 600 °С, для чугуна — 500—800 °С, для алюминиевых сплавов — 200—270 °С, для бронзы — 300—400 °С. При сварке особо ответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей толщиной более 40 мм устанавливают температуру подогрева 100—200 °С, при сварке низколегированных сталей толщиной более 30 мм — 150-200 °С.

Предварительный подогрев выполняют газовыми горелками, электрическими или индукционными нагревателями. Можно применять также сопутствующий подогрев.

5. Многослойные и обратноступенчатые швы. Последовательное введение меньших количеств тепла применением многослойных швов вместо одновременного при однослойном шве способствует выравниванию нагрева сварного соединения и уменьшает сварочные напряжения и деформации.

Обратноступенчатый способ заключается в том, что всю длину шва разбивают на отдельные ступени и сварка каждой ступени производится в направлении, обратном общему направлению сварки. Этот способ обеспечивает более равномерный нагрев металла шва по всей его длине и минимальные сварочные деформации и напряжения (рис. 7). Длина ступени при обратноступен-чатой сварке зависит от толщины металла, формы, жесткости свариваемого изделия. Она выбирается в широких пределах (100— 400 мм). Чем тоньше свариваемый металл, тем меньше длина ступени. Часто длину свариваемой ступени рассчитывают по длине шва, получающейся от одного или двух электродов.

6. Принудительное охлаждение в процессе сварки. Уменьшая зону нагрева при сварке созданием быстрого и интенсивного отвода тепла, можно значительно уменьшить остаточные деформации. Отвод тепла осуществляют, погружая изделие в воду и оставляя на воздухе только участок сварки. Этот способ пригоден для незакаливающихся низкоуглеродистых сталей. В других случаях можно применять массивные подкладки под швом из меди или медных сплавов, обл а дающих высокой теплопроводностью. Эти подкладки можно дополнительно охлаждать циркулирующей внутри водой. Медные подкладки дают хорошие результаты при сварке, например, нержавеющих сталей небольшой толщины.

7. Применение внешней растягивающей силы. Внешняя растягивающая сила, приложенная к концам свариваемого изделия, например двутавровой балки, позволяет свести к нулю укорочение нагретого металла обжатием (осадкой). Этим устраняется конечная сварочная деформация по направлению действия силы. Сила усадки при сварке изделия способствует укорочению, а внешняя растягивающая сила — удлинению волокон металла. Если волокна металла будут деформироваться в направлении растягивающей силы, то при правильно подобранной величине этой силы можно добиться полного устранения конечных деформаций сварного изделия.

Этот способ борьбы с деформациями вполне целесообразен, однако редко используется из-за отсутствия соответствующего силового оборудования.

8. Местная силовая обработка сварных швов и околошовной зоны. Снижение сварочных деформаций и напряжений в сварных соединениях достигается ковкой (ударной силой), обкаткой (статической силой), вибрационным давлением (пульсирующей силой) и другими силовыми воздействиями. Все виды силовой обработки металла шва и околошовной зоны создают местную пластическую деформацию удлинения, обратную деформации укорочения от сварки. В результате этого сварное изделие приобретает первоначальную форму и размеры.

Ковка производится ручным или механическим молотком массой 0,5—1,5 кг; холодная ковка выполняется при температуре 20—200°С, горячая — при температуре 450—1000°С (для стали). Ковка стали в температурном интервале 200^-450° С не рекомендуется ввиду ее низкой вязкости и возможности образования трещин.

При ручной сварке штучными электродами и при горячей ковке следует выполнять швы длиной 150—200 мм и Сразу же после сварки проковывать их. При многопроходной или многослойной сварке проковка производится после каждого прохода или наложения слоя, за исключением первого и последнего (декоративного). Первый, корневой шов проковывать нельзя, так как он имеет малое сечение, и при ударе в нем возникнут трещины. Верхний, тонкий декоративный слой вызывает весьма незначительные деформации; кроме того, ковка ухудшит внешний вид шва. При ручной сварке с последующей холодной проковкой следует выполнять швы заданной длины и проковку вести при температурах не выше 200 °С молотком массой 0,5—1,5 кг.

Читать еще:  Как сделать красивый сварочный шов?

При изготовлении сварных конструкций время ковки превышает время сварки в 1-2 раза, поэтому ковка применяется редко.

Широко применяется ковка в ремонтных сварочных работах. Она улучшает структуру металла, уплотняет его и этим увеличивает коррозионную стойкость и повышает механические свойства сварного соединения.

Металлы, имеющие малую пластичность при высоких температурах, должны коваться в холодном состоянии. Ковка закаливающихся при сварке сталей не рекомендуется из-за возможности появления трещин.

Сварное изделие исправляется от конечных деформаций (коробления) механической или термической правкой. Сущность правки заключается в придании изделию новых деформаций, уничтожающих первоначальные, возникшие от сварки. Механическая правка изделия выполняется вручную тяжелым молотком или на станках и прессах, а термическая — местным нагревом изделия газовым пламенем.

Местный нагрев расширяет металл, а соседний холодный металл оказывает расширению горячего металла сопротивление, в результате чего в горячем металле возникают пластические напряжения сжатия.

После охлаждения нагретого участка его размеры уменьшаются во всех направлениях, что приводит к уменьшению или полному исчезновению деформации. Для получения максимального эффекта можно производить нагрев с одновременным охлаждением соседних участков водой.

Термическая правка выполняется рабочими, имеющими специальные навыки.

Технологические мероприятия по снижению остаточных сварочных напряжений и деформаций

Сообщение об ошибке

Технологические мероприятия по снижению остаточных сварочных напряжений и формоизменения конструкций можно условно разделить на две группы:

1) не требующие дополнительных компенсационных воздействий,

2) связанные с дополнительными силовыми либо температурными воздействиями на конструкцию.

Основное содержание мероприятий первой группы связано с рациональным выбором последовательности сборки и сварки конструкции, а также режимов сварки, обеспечивающих качественное формирование швов заданного сечения в сочетании,по возможности, с благоприятным влиянием на уровень остаточных напряжений и формоизменение конструкций. Такие мероприятия не требуют, как правило, дополнительных ресурсов. Мероприятия второй группы сопряжены с привлечением дополнительных силовых либо температурных воздействий, которые можно разделить на дополнительные воздействия перед сваркой, в процессе сварки и после сварки. С помощью этих мероприятий можно управлять уровнем остаточных напряжений и формоизменением конструкций в широких пределах, однако расходы на их реализацию могут в несколько раз превышать остальные расходы, связанные с изготовлением сварной конструкции. Поэтому в каждом конкретном случае выбор технологических мероприятий требует серьезного внимания при технологической подготовке производства.

Дополнительный компенсационный нагрев (термическая правка) заключается в нагреве элемента со стороны выпуклости. Его преимущества следующие: невысокие энергетические затраты, высокая технологичность и управляемость процесса, широкие возможности для механизации и автоматизации.

Обратный выгиб — эффективный метод для компенсации сварочных деформаций в конструкциях с относительно небольшой изгибной жесткостью, например, при аварке в тонкостенные оболочки различных фланцев, патрубков и т. п.

Предварительный подогрев зоны сварки либо всего свариваемого узла является одним из распространенных способов снижения уровня остаточных напряжений. Однако предварительный равномерный подогрев обычно увеличивает размеры зоны пластических деформаций, т.е. объемы продольного и поперечного укорочения, и поэтому является неблагоприятным мероприятием с позиции формоизменения.

Дополнительное охлаждение (технологически трудоемкое) свариваемого изделия, уменьшая продольную и поперечную усадку, способствует снижению сварочных деформаций, искажения размеров и формы изделия. Известны следующие способы уменьшения деформаций тонколистовых изделий:

  • подачей воды при контактной сварке;
  • обдувом газоводяной смесью при некоторых других способах сварки;
  • использование охлаждаемых подкладок и накладок в зажимных приспособлениях, теплоотводящих паст и другие приемы дополнительного охлаждения.

Проковка сварных швов — это метод для уменьшения продольных и поперечных напряжений, а также для уменьшения продольной и поперечной усадки зоны сварного шва. В последние годы получила развитие проковка с помощью ультразвукового ударною инструмента, отличающаяся меньшими шумовыми эффектами по сравнению с ударным пневматическим инструментом и более высокими возможностями для управления.

Сварка с силовым растяжением — метод снижения сварочных деформаций тонко- листовых конструкций, а также уровня остаточных напряжений. Он заслуживает особого внимания при сварке набора с полотнищем тонкостенных плоских конструкций из алюминиевых сплавов. Использование начальных растягивающих напряжений в полотнище и ребрах большой протяженности обеспечивает качественную сборку, отклонение от прямолинейности ребер и полотнища не более 0,5 мм на базе 2 м и зазоры в соединении не более 0,1 мм. При этом резко снижаются деформации бухтиноватности после приварки ребер к полотнищу.

Существенный недостаток этого способа- необходимость в специальном оборудовании для нагружения свариваемых элементов.

Правка сварных конструкций применяется, когда конструктивные и технологические мероприятия, описанные выше, не позволяют по тем или иным техническим или зкономическим причинам получить деформации в пределах допуска. Она заключается в пластическом удлинении волокон укороченных частей конструкции (обычно в зоне сварных соединений), либо укорочении волокон участков конструкции, имеющих излишнюю длину.

Правку можно проводить холодным методом (механическим воздействием), тепловым и комбинированным методами (кратковременные нагревы с механическим воздействием). Холодный метод правки обычно используется для удлинения волокон зоны сварных соединений, а тепловой и комбинированный — для укорочения волокон основного металла с целью компенсации укорочения в зоне сварных соединений.

Термическая обработка отпуском в зажимных приспособлениях позволяет одновременно устранять остаточные напряжения и деформации. С этой целью конструкцию обычно сваривают в жестком приспособлении, которое обеспечивает при сварке сохранение необходимых размеров и формы. Затем проводят термообработку конструкции отпуском вместе с приспособлением, в противном случае освобождение конструкции будет сопровождаться определенными упругими деформациями, которые в ряде случаев не соответствуют допускаемым.

Рациональный режим отпуска следует назначить исходя из рекомендаций по релаксации напряжений для данного материала.

Отпуск сварных конструкций — это наиболее распространенная операция для снижения остаточных сварочных напряжений и улучшения структуры и свойств металла с целью повышения эксплуатационных свойств сварных конструкций.

Термообработка отпуском целесообразна для сварных конструкций, изготовление которых связано с последующей обработкой резанием и повышенными требованиями в отношении точности. Отпуск также необходим, если к сварной конструкции предъявляются повышенные требования стабильности формы и геометрических размеров при эксплуатационном нагружении. Кроме того, его назначают для повышения сопротивления хрупким разрушениям при низких температурах, стойкости против коррозионного растрескивания и для получения требуемых свойств.

Большие затраты на отпуск крупных сварных конструкций, связанные с необходимостью оснащения предприятий соответствующими крупными печами, обусловливает применение в целом ряде случаев местного отпуска сварных конструкций, когда зона сварного шва нагревается до температуры отпуска с помощью различных местных (локальных) нагревательных устройств и достаточно медленно охлаждается. Эффективность такой термообработки в каждом конкретном случае существенно зависит от тщательности проведенной операции нагрева и охлаждения термообрабатываемой зоны, т.е. требует внимательного подхода к выбору устройств и режимов нагрева, а также соответствующего контроля за исполнением.

Статическое нагружение силовой нагрузкой как метод снижения остаточных сварных напряжений известно достаточно давно. Сущность его заключается в том, что при силовом нагружении в результате взаимодействия остаточных напряжений с напряжением от внешней нагрузки появляются дополнительные пластические деформации, способствующие релаксации остаточных сварочных напряжений. При этом (в зависимости от знака и направления внешней нагрузки) релаксация остаточных напряжений происходит за счет либо уменьшения пластических деформаций укорочения, вызванных сваркой, либо пластического удлинения периферийных волокон. В реальных условиях многоосного напряженного состояния условия возникновения пластического течения и релаксации остаточных напряжений более сложны. Однако качественная картина остается подобной описанной выше.

Основной недостаток этого метода— необходимость в достаточно сложном и громоздком оборудовании. Кроме того, при наличии существенных геометрических неоднородностей трудно добиться необходимого распределения внешних напряжений для эффективного снижения остаточных напряжений в различных участках конструкции.

Импульсное и вибрационное нагружение находит в последние годы все большее распространение для снижения уровня остаточных сварочных напряжений. Механизм релаксации здесь во многом подобен механизму релаксации при статическом нагружении, однако эти способы часто более технологичны. Невысокая стоимость оборудования и возможность локальной обработки позволяет их использовать в достаточно общих условиях.

Ряд рассмотренных технологических методов снижения остаточных напряжений и формоизменения конструкций (ультразвуковая ударная обработка, термический отпуск, статическое, импульсное и вибрационное натружение) применяются также для повышения сопротивления усталости сварных соединений.

Проковка сварных швов

Деформации и напряжения возникают в результате неравномерного нагрева металла. Если листы металла нагревать пламенем горелки без перемещения ее, то металл начнет расширяться в месте нагревания. Более холодные части листа, вокруг зоны нагрева, будут препятствовать расширению. Если лист достаточно большой и толщина его не менее 3 мм, он начнет терять устойчивость и в месте нагрева начнет деформироваться, образуя «хлопуны».

Читать еще:  Способы зачистки сварных швов

Повышенные внутренние напряжения часто являются причиной появления трещин в сварном шве или в зоне термического влияния и даже разрушения сварного соединения. От величины температуры нагрева и коэффициента линейного расширения зависит степень деформации металла. Чем выше коэффициент линейного расширения и больше температура нагрева металла, тем больше деформация.

Рис. 40. Подготовка кромок чугуна под сварку

Другой причиной деформации и напряжения при сварке является величина усадки металла шва. Усадка при сварке металла вызывает продольные и поперечные напряжения и деформации, а также угловые и местные деформации.

Продольными называют напряжения, действующие параллельно оси шва. Они возникают от продольной усадки швов и прилегающих слоев металла околошовной зоны в результате совместного действия неравномерного нагрева вдоль линии шва и литейной усадки расплавленного металла.

При продольном короблении происходит набегание еще не сваренных кромок листов друг на друга. При сварке тонколистовых конструкций напряжения приводят к общей деформации элемента.

Поперечными называют напряжения и деформации, действующие перпендикулярно оси шва. В верхней части шва величина усадки больше, так как объем наплавленного металла больше. Поэтому при поперечной усадке края листов стремятся подняться вверх, т. е. в сторону вершины шва. При возникновении препятствий усадке образуются напряжения в сварном соединении. В результате того, что при газовой сварке зона нагрева по сравнению с другими видами сварки больше, деформации сварных изделий или узлов больше.

Угловые деформации возникают за счет неравномерной литейной усадки металла шва, при сварке встык с V-образной разделкой кромок, а также при сварке угловых швов.

Объем жидкого металла по сечению таких швов неодинаков, в связи с чем поперечная усадка в верхних слоях будет больше, чем в нижних (у корня шва). Под действием поперечной усадки верхних слоев сварного шва произойдет поворот приваренных элементов относительно продольной оси шва на некоторый угол. Подобного рода угловые деформации могут достигать 3—7° в зависимости от толщины свариваемого металла.

При сварке тавровых соединений угловые деформации приводят к искривлению полок (грибовидности). Угол смещения при образовании грибовидности также зависит от толщины привариваемой полки и от величины катета сварного шва. Кроме общих деформаций, при сварке могут возникать местные деформации. Например, уменьшение грибовидности таврового соединения путем приварки ребер жесткости ведет к волнистому изгибу полки.

Рис. 41. Способы уменьшения деформаций
а — обратно-ступенчатый порядок наложения швов; б — ступенчатый; в — комбинированный

Рис. 42. Уменьшение деформаций способом уравновешивания
1—4 — порядок наложения швов

Основными технологическими приемами, снижающими напряжения и деформации, являются: порядок наложения швов, обратная деформация, применение приспособлений и кондукторов, сварка на специальных тепло-отводящих подкладках, предварительный подогрев детали, проковка сварного шва, термическая обработка после сварки.

Порядок наложения сварных швов или последовательность сварки отдельных швов конструкции, выбранных неправильно, может привести к значительным деформациям конструкции и появлению в швах трещин. На рис. 41 приведены обратно-ступенчатый, ступенчатый и комбинированный порядок наложения швов.

Подготовленный под сварку стык делят на равные участки по 100—200 мм, размечают направление, указанное стрелками, и порядок наложения сварных швов, отмеченный цифрами. Такой способ сварки обеспечивает более равномерное распределение тепла, чем сварка за один проход, следовательно, деформация будет меньше.

Наряду с этим существует метод уравновешивания деформаций путем определенного порядка наложения швов. Очередность наложения швов выбирают в таком порядке, чтобы накладываемый шов вызывал деформации, обратные ранее полученным. Примером может служить порядок наложения сварных швов при сварке двутавровой балки (рис. 42), при сварке листов с Х-образ-ной разделкой.

Жесткое закрепление свариваемых деталей применяют для того, чтобы оми в процессе сварки не могли деформироваться. Сваренная деталь или узел находится в приспособлении или кондукторе до полного ее остывания. Данный способ сварки уменьшает деформации, но вызывает появление внутренних напряжений. Поэтому после сварки для снятия внутренних напряжений сваренную деталь или узел подвергают термической обработке по заданному режиму.

Охлаждение детали необходимо при сварке некоторых высоколегированных сталей и алюминиевых сплавов. Для этих целей берут массивную подкладку из меди, посередине которой делают на всю длину небольшую канавку для лучшего формирования корня шва. Этот технологический прием применяют при сварке нержавеющих сталей, т. е. сталей, обладающих пониженной теплопроводностью.

Предварительный подогрев детали уменьшает разницу между температурой места сварки и температурой всей детали, а следовательно, уменьшает деформацию от местного нагрева. Данный способ часто применяют при ремонте отливок, изготовленных из металла, с большим коэффициентом линейного расширения (чугун, бронза, алюминий), а также при сварке высокоуглеродистых и легированных сталей, склонных к закалке и трещинооб-разованию.

Проковку металла шва в горячем состоянии производят слесарным молотком легкими ударами, таким образом, чтобы на поверхности шва оставались небольшие вмятины. После проковки металл шва получается более плотным и по своим свойствам приближается к основному металлу.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Проковка

Проковка шва и переходной зоны после сварки в холодном ( при толщине металла до 5 мм) или в горячем состоянии при температуре 300 — 400 уплотняет металл и измельчает зерно. [31]

Проковка шва повышает плотность и прочность шва. При содержании в латуни менее 60 % меди перед проковкой требуется подогрев до температуры не выше 600 С. После сварки и проковки рекомендуется отжиг — нагрев до 600 — 650 С и охлаждение на спокойном воздухе. [32]

Проковка шва и переходной зоны после сварки в холодном ( при толщине металла до 5 мм) или горячем состоянии при температуре 300 — 400 С уплотняет металл и измельчает зерно. [33]

Проковка шва не требуется. [34]

Проковка шва не обязательна. [35]

Механическая проковка ( рис. 4.1.24) снижает остаточные сварочные напряжения и повышает ресурсные параметры сварных соединений. Предлагаются различные способы и технологии механической проковки для достижения указанных целей. [36]

Проковка наплавленного металла после сварки деформирует зерна и уплотняет шов; это снимает оставшиеся напряжения и повышает прочность сварного соединения. Проковку производят в зависимости от вида свариваемого металла либо в горячем, либо в холодном состоянии. [37]

Повторная проковка стали способна заварить флокены, и этим способом можно добиться их устранения. [38]

Проковка сварных соединений с помощью пневматических устройств и обработка их ультразвуком сразу же после окончания сварки, что позволяет в сварных соединениях ослаблять пиковые значения напряжений 1-го и 2-го родов. [39]

Незначительная проковка слитка при биллетировке необходима для обжатия металла в углах слитка с целью предварительного деформирования литой структуры. [40]

Проковка шва вблизи сварочной ванны целесообразна главным образом при наплавке в защитных газах. Наплавка в защитных газах с проковкой шва вблизи сварочной ванны может быть применена как эффективный способ, позволяющий получать наплавленный металл на легированных и высоколегированных сталях и сплавах без образования горячих трещин. Особенно перспективна проковка шва вбтияи сварочной ванны при наплавке аустенитных сталей. Опыты по наплавке кавнтациианостинкий стал: типа ЗОХ10Г10 показали, что проковка шва вблизи сварочной нанны значительно повышает качество наплавленногу металла. При этом измельчается структура, уплотняется шов, снижается склонность к образованию горячих трещин. [41]

Одинаковая проковка грубой литой структуры при вытяжке прямоугольных заготовок плоскими бойками достигается при уковке, в 1 25 — 1 5 раза меньшей, чем при вытяжке в вырезных бойках как круглых, так и прямоугольных заготовок. Поэтому в тех случаях, когда пластичность сплава достаточна, а форма и размеры заготовок позволяют вести вытяжку плоскими бойками по схеме квадрат — прямоугольник-квадрат, такая схема вытяжки предпочтительнее. [42]

Проковку осуществляют пневматическим молотком и зубилом с притупленной кромкой. Рекомендуется скорость операции или подача инструмента около 0 15 м / мин. [43]

Проковку следует производить при температуре металла шва либо выше 450 С, либо ниже 150 С, так как з интервале температур 400 — 200 С при проковке возможно образование трещин в связи с пониженной пластичностью металла при этих температурах. [45]

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector