Внутренние напряжения и деформации

Подробности

Опубликовано 25.05.2012 15:51

Просмотров: 24909

ПРИЧИНА ВОЗНИКНОВЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ

Электрическая дуговая сварка характеризуется высоким местным нагрев м небольших участков свариваемых кромок и сравнительно быстрым их охлаждением. Быстрое охлаждение при сварке объясняется тем, что масса разогретого металла очень мала по сравнению со всей массой изделия. Так как при сварке не представляется возможным создать условия, способствующие свободному расширению металла при нагревании и сжатию при охлаждении, то в местах сварки по­являются внутренние напряжения, вызывающие деформацию. Образование внутренних напряжений вызывается многими причинами, основные из них: а) б) в) г) неравномерный нагрев основного и наплавленного метал­ла; у задка расплавленного металла после сварки; структурные изменения металла из-за быстрого охлажде­ния; жесткое закрепление деталей или самого изделия в про­цессе изготовления.

СПОСОБЫ БОРЬБЫ С НУТРЕННИМИ НАПРЯЖЕНИЯМИ

К наиболее действенным способам борьбы с внутренними напряжениями относятся: подогрев конструкции перед сваркой и отжиг после сварки. Предварительный подогрев конструкций уменьшает в металле разность температур, получающуюся при воздействии электрической дуги, и замедляет скорость охлажде­ния металла после сварки. При горячей сварке изделие подогревается до температуры перехода металла в пластическое состояние. При этом почти полностью предотвращается появление в утренних термических напряжений. Этот метод применяется при сварке сложных конструкций из стального литья, легированных сталей, чугуна и при наплавке твердых сплавов. < Сварка изделий из малоуглеродистой стали ведется обычно б конструкций. При сварке сталей, чувствительных к закалке, хо­рошие результаты дает подогрев температур 100-200°. Очень полезен небольшой подогрев (до 50-60°) при сварке в зимних условиях с температурой воздуха ниже - 10°. Вторым наиболее существенным средством уменьшения внут­ренних напряжений является отжиг сварных конструкций после окончания сварки. Отжигом устраняются также напряжения, об­разовавшиеся в процессе прокатки, вальцовки, гибки. Отжиг осуществляется в печи или горне. Для изделий из малоуглеро­дистой стали рекомендуется нагрев до 600-650°. Изделие при отжиге следует охлаждать медленно (вместе с печью). При до­стижении температуры отжига изделие выдерживается в печи определенное время в зависимости от его толщины. На каждые 25 мм толщины выдержка составляет 1 час. Взамен нормального отжига часто прибегают к частичному местному отжигу. Однако местный отжиг при неправильном ведении может вызвать в из­делии дополнительные напряжения и деформации. Специальные стали рекомендуется после сварки подвергать отпуску при температуре 200-300°. Помимо термических способов борьбы с внутренними напря­жениям , на практике могут применяться чисто технологические меры: поэлементная сборка изделия, заложение швов в опреде­ленной последовательности и др.

СПОСОБЫ БОРЬБЫ С ДЕФОРМАЦИЯМИ

В производстве сварных изделий вследствие неправильного процесса сварки деформации достигают таких размеров, что по­следующее исправление их оказывается довольно затруднитель­ным. Так как на величину деформации в значительной степени влияет порядок выполнения и режим сварки, то при умелом использовании выработанных практикой методов можно добить­ся почти полного отсутствия коробления или уменьшения его до допустимых размеров. Рассмотрим основные методы борьбы с деформациями. Охлаждение. При усиленном охлаждении деформации уменьшаются в результате уменьшения объема нагретого металла Практически для охлаждения применяются чаще всего теплоотводящие подкладки. В качестве подкладок используются мас­сивные медные полосы, мокрый асбест. Реже используется ванна с водой, в которую погружают часть сварива­емого изделия, показан пример предварительного прогиба стерж­ня, состоящего из уголка и прямоугольной полосы. Для предохранения свариваемых листов от деформации при­меняется разведение кромок под некоторым углом. Величина разводки кромок берется из расчета 10-2 мм на 1 м шва. При сварке различного рода вставок необходимо острые углы закруглять, а в самой вставке делать небольшой предва­рительный выгиб, как показано. Это предупреждает большие напряжения, а следовательно, и трещины. Сваривая конструкцию из отдельных частей, всегда следует избегать получения швов, которые будут завариваться при жестком закреплении. Например, при сварке цилиндрических сосудов, состоящих из отдельных обечаек, рекомендуется такой порядок сварки: завариваются сначала продольные швы, а за­тем уже кольцевые. Если сваривать швы в обратной последова­тельности, то продольные швы окажутся жестко закрепленными. Такую же последовательность необходимо соблюдать при свар­ке плоских днищ больших резервуаров. В первую очередь сва­риваются короткие поперечные швы, затем длинные продольные. При сварке подкрановых балок, рам, составных колонн ко­роткие стыковые швы завариваются в первую очередь. Поря­док сварки монтажных стыковых швов балки при­веден. В уменьшении величины деформации большую роль играет направление ведения сварки. Правильно выбранное направление может намного уменьшить коробление конструкций. На при­мере сварки нижней части фундаментной плиты видно, каким образом направлением сварки можно уменьшить де­формацию. При выполнении сварки сверху вниз зазор в конце шва не может изменяться из-за наличия плиты, поэтому она не деформируется. Жесткое закрепление изделий. Одним из способов уменьше­ния деформаций является также жесткое закрепление частей конструкции при сварке. Жесткое закрепление деталей препят­ствует перемещению их в процессе сварки. При этом усилия от внутренних напряжений расходуются на пластическую деформа­цию нагретого металла шва и зоны сварки. Внутренние напря­жения в швах при жестком закреплении увеличиваются, и с этим явлением следует считаться. По окончании сварки и снятии закрепляющих приспособлений деформации хотя и появляются, но значительно меньших размеров, так как наличие швов пре­пятствует свободному перемещению частей изделия. Метод жесткого закрепления конструкций прост, вследствие чего его можно широко применять в производстве. Для этой Внутренние напряжения и деформации или употребляются специальные приспособления и кондукто­ры, в которых соединяемые элементы жестко закрепляют и за­тем свариваются. Увеличенные внутренние напряжения при не­обходимости могут быть устранены последующей термической обработкой. Проковка сварных швов. Для уменьшения вызываемого сваркой коробления довольно действенным способом является проковка сварных швов. Проковка производится ударами зубил с притуплённой рубящей кромкой с такой силой, чтобы остава­лись видимые следы на поверхности шва. Целесообразно про­ковку осуществлять пневматическим молотком. При многослойной наплавке, по данным Г. А. Николаева, проковка в холодном состоянии уменьшает деформации на 15- 30%- 188 Для уменьшения внутренних напряжений и деформаций большое значение имеет рационально проектирование свар­ных конструкций с учетом условий технологии. Следует стремиться к уменьшению в конструкциях общего количества наплавленного металла путем сокращения длины сварных швов и уменьшения их поперечного сечения. Расположение швов в элементах конструкций необходимо делать по возможности симметричным при условии соблюдения взаимной уравнове­шенности, что устранит остаточные деформации изгиба. Следу­ет также предусматривать возможность выполнения сварных швов в любой последовательности.