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

Методы снижения напряжения и деформации процессе сварки

Методы снижения сварочных напряжений и устранения остаточных деформаций

Сообщение об ошибке

Методы снижения сварочных напряжений и устранения остаточных деформаций

Если меры предотвращения образования сварочных напряжений и деформаций оказываются недостаточными, появляется необходимость в устранении (снятии) возникших напряжений и деформаций.

Снятие сварочных напряжений путем термообработки. Для полного снятия напряжений сварные соединения подвергают термообработке. С этой целью при сварке углеродистых конструкционных сталей проводят общий высокий отпуск конструкции (нагрев до 630 — 650 º С с выдержкой при этой температуре в течение 2- 3 мин на 1 мм толщины металла). Охлаждение должно быть медленным для того, чтобы при его прохождении снова не возникли напряжения. Режим охлаждения в основном зависит от химического состава стали. Чем больше содержание элементов, способствующих закалке, тем меньше должна быть скорость охлаждения. Во многих случаях деталь охлаждают до температуры 300 º С с печью, а затем на спокойном воздухе.

При высоком отпуске сварочные напряжения снимаются вследствие того, что при температуре 600 º С предел текучести металла близок к нулю и материал практически не оказывает сопротивления пластической деформации, в процессе которой происходит релаксация сварочных напряжений. При температуре отпуска 600 — 620 º С наблюдается некоторое охрупчивание металла, порог хладноломкости перемещается в сторону положительных температур. Особенно это проявляется на сталях, содержащих ванадий. Снижение температуры отпуска до 550 — 560 º С устраняет указанный недостаток.

В ряде случаев можно ограничиться высоким отпуском отдельных элементов конструкции. Так, при изготовлении сферических резервуаров для хранения различных продуктов ограничиваются только отпуском лепестков с приваренными люками. Отпуск отдельных узлов применяют также при изготовлении сварных рам тележек вагонов и локомотивов. Такие операции значительно проще, чем отпуск всей конструкции, и, как показал опыт, обеспечивают требуемую эксплуатационную надежность.

Высокий отпуск является дорогой операцией, удлиняющей технологический процесс изготовления конструкции, и его следует применять в действительно необходимых случаях. Если механическая обработка проводится на детали, не прошедшей отпуска, то в связи с перераспределением напряжений может произойти изменение ее размеров. В большинстве случаев при сварке изделий из стали с повышенным содержанием углерода и легирующих элементов можно ограничиться только предварительным местным или общим подогревом и не проводить последующей термообработки.

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. 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. 1.)

Рис. 1. Кривые выносливости сварных образцов из стали 10Г2Б с накладками: 1 — швы оплавлены; 2 — швы не обработаны

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 º С и выше либо от 150 º С и ниже. В интервале температур 400 — 200 º С в связи с пониженной пластичностью металла при ее проковке возможно образование надрывов. Специаль ный 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.

Читать еще:  Как дешевле сделать забор из профнастила своими руками

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 конструкции 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 º 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. 2, а показаны деформированная балка с приваренными косынками и места, подлежащие нагреву при правке. Если балка таврового сечения деформируется после сварки в сторону пояса, то рекомендуется править ее, как показано на рис. 2, в, и нагревать ряд участков самого пояса. В практике часто наблюдается сложная деформация стенки и пояса (рис. 2, б). Для устранения такой деформации производят нагрев как вертикальной стенки, так и пояса.

Рис. 2. Правка деформированной тавровой балки нагревом (кружками и полосками указаны места нагрева): а — правка при вогнутой полке, б — правка при сложной деформации, в — правка при выпуклой полке

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.

Методы предотвращения, снижения и устранения сварочных напряжений и деформаций

В практике создания сварных конструкций используют три основных метода предотвращения, снижения и устранении сварочных напряжений и деформаций:

2.8.1. Рациональное конструирование изделия.

2.8.2. Разработка рациональной технологии подготовки изделия к сварке и выполнения сварки.

2.8.3. Технологические операции, проводимые после сварки.

Первый и второй метод направлены на предотвращение напряжений и деформаций, а третий метод направлен на устранение возникших деформаций в готовом изделии.

2.8.1. При конструировании сварного изделия необходимо соблюдать следующее:

– назначить минимально допускаемые по расчету сечения сварных швов, в то же время обеспечивавшие необходимую прочность и плотность конструкции, так как увеличение сечения швов ведет к увеличению объемов металла, создающего напряжения и деформации;

– использовать способы сварки с минимальным тепловложением. Например, контактную вместо электродуговой, многопроходную вместо однопроходной;

– располагать швы, возможно, ближе к оси, проходящей через центр тяжести сечения;

– компенсировать ожидаемые деформации и перемещения путем симметричного расположения швов, создания дополнительных зон пластической деформации. Целесообразно избегать одностороннего расположения поперечных швов в балках, каждую пару швов располагать симметрично относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения;

– балочные конструкции проектировать такого поперечного сечения и с таким расположением швов, чтобы моменты, создаваемые сжимающими направлениями, были уравновешены, а углы излома от поперечных швов взаимно компенсировали прогибы. Это обеспечивает минимальный изгиб балок;

Читать еще:  Выбираем фекальный насос для откачки канализации

– число швов в конструкции должно быть, по-возможности, минимальным; избегать пересечения нескольких швов и большого скопления металла в узлах, что приводит к уменьшению концентраций тепла в одном месте;

– для уравновешивания, деформаций в изделии припуски деталей на усадку должны быть равны усадке, чтобы размеры конструкции после сварки соответствовали проектным;

– для уменьшения угловой деформации стыкового соединения угол раскрытия у-образной разделки должен быть минимальным;

– в пространственно развитых конструкциях коробчатого сечения для предотвращения потери устойчивости свариваемых элементов и образования выпучен целесообразно применять вспомогательные элементы в виде ребер жесткости, диафрагм, косынок, распоров;

– необходимо предусматривать размещение в конструкции свариваемых элементов, отверстий, полок и т.п. таким образом, чтобы обеспечить возможность использования зажимных сборочных приспособлений;

– в конструкциях с тонкостенными элементами для уменьшения вероятности потери устойчивости необходимо располагать швы на жестких элементах либо вблизи них, чтобы разгрузить тонкие листы от напряжений сжатия;

– во всех случаях, когда есть опасение, что могут возникнуть нежелательные искажения размеров и формы конструкции, проектирование ведут так, чтобы обеспечить возможность последующей правки изделия.

2.8.2. Разработка рациональной технологии подготовки изделия к сварке и выполнения сварки.

Мероприятия, применяемые до сварки:

– назначить такой режим сварки, чтобы зона разогрева деталей была минимальной;

– предварительное расположение до сварки заготовок под углом, обратным тому, которым образуется после сварки, т.е. предварительная компенсация угловых деформаций;

– сборка листов с переменным зазором по длине для компенсации деформаций в плоскости свариваемых элементов;

– раскрой заготовок, например стенки тавра с начальной кривизной, которая выправится в прямую после сварки;

– применение способа обратных деформаций. Предварительной пластической деформацией заготовок перед сваркой создают перемещения, противоположные ожидаемым при сварке. Например, изгибают полки тавра вверх, чтобы уменьшить или предупредить появление грибовидности после наложения продольных швов снизу;

– назначаются увеличенные размеры заготовок для компенсации их укорочения от продольной и поперечной усадки;

– создают напряжения растяжения в зоне шва изгибом или растяжением заготовки в приспособлении. При сварке по растянутому металлу возникают меньшие напряжения сжатия;

– подогрев заготовок с целью их удлинения перед сваркой на прихватах;

– применение приспособлений для сборки и закрепления свариваемых заготовок;

– при выполнении швов большой протяжности назначается обратноступенчатый способ сварки с предварительной прихваткой заготовок, при котором шов делится на участки длиной 150. 200мм и варку отдельными участками;

– применение райональной последовательности сборочно-сварочных операций. Например, конструкцию расчисляют на отдельные узлы, которые могут быть по отдельности сварены и легко выправлены, а затем сварены между собой с минимальными отклонениями; сбоку и сварку конструкции вести от наиболее жестких элементов к менее жестким;

– применять электроды, образующие пластичный наплавленный металл шва.

Мероприятия, применяемые в процессе сварки:

– при сборке и сварке максимально использовать сборочные и фиксирующие приспособления, по возможности исключать скрепления заготовок прихватками. При невозможности использования или отсутствии зажимных приспособлений, а затем осуществлять сварку швов равномерного сечения.

– сварку металла толщиной свыше 20мм выполнять многослойными швами. Добиваться охлаждения предыдущего шва до температуры не более 100°С.

– проковка остывающих швов в процессе сварки. При выполнении многослойных швов последний шов проковывать не рекомендуется во избежание появления трещин.

– соблюдать правильную последовательность наложения швов: при длине шва до 300мм можно варить «напроход», при длине до 600мм – от средины шва к его концам, так как в случае сварки от конца к средине появляются поперечные напряжения. Строго соблюдать требуемую последовательность выполнения швов. Это обеспечивает минимальное суммарные деформации. Например, в двутавровой балке с полками различной ширины сначала после при-хватки выполняются оба продольных шва, соединяющих широкую полку с вертикальной стенкой, а уже затем продольные швы, соединяющие узкую полку с той же стенкой. При сварке листовых конструкций сначала выполняют поперечные швы отделочных поясов, а затем сваривают пояса между собой.

37.120.192.53 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)

очень нужно

Pereosnastka.ru

Обработка дерева и металла

Сварочные деформации вследствие изменения размеров и формы конструкций существенно затрудняют их сборку, ухудшают внешний вид и эксплуатационные качества. Сварочные напряжения снижают сопротивляемость сварных конструкций разрушению, особенно при воздействии циклических нагрузок и агрессивных сред. Поэтому применяют различные способы уменьшения или устранения сварочных деформаций И напряжений.

Мероприятия по уменьшению деформаций и напряжений могут осуществляться на разных стадиях изготовления конструкции: до сварки — на стадии проектирования конструкции и технологии производства, во время и после сварки.

Читать еще:  Что нужно для водопровода из колодца в дом

Мероприятия, применяемые преимущественно для снятия сварочных напряжений, влияют на деформации и, наоборот, мероприятия, применяемые преимущественно для уменьшения деформаций, влияют на величину напряжений. Рассмотрим основные способы уменьшения сварочных деформаций и напряжений.

Уменьшение остаточных сварочных напряжений. Способы уменьшения остаточных напряжений делят на термические, механические и термомеханические. Наиболее эффективно снятие остаточных напряжений способами, осуществляемыми после сварки.

К термическим способам „относят предварительный и сопутствующий подогрев во время сварки и высокий отпуск после сварки.

Подогрев снижает предел текучести металла в момент сварки, что и влияет на формирование и величину остаточных напряжений. Снижение напряжений при низкотемпературном подогреве (до 200—250 °С) составляет ориентировочно не более 30—40%.

Общий высокий отпуск является наиболее эффективным методом уменьшения остаточных напряжений, так как позволяет снизить напряжения на 85—90% от исходных значений и одновременно улучшить пластические свойства сварных соединений. Высокий отпуск состоит из нагрева (для стали до температуры около 650 °С), вьщержки (2—4 ч) и медленного охлаждения.

Местный отпуск применяют для снятия пиковых величин остаточных напряжений и восстановления пластических свойств сварных соединений. При местном отпуске нагревают до заданной температуры лишь часть конструкции.

Поэлементный отпуск состоит в том, что при монтаже крупного баритных конструкций подвергают отпуску отдельные узлы кон струкции, включающие зоны и элементы, где отпуск необходим а затем эти узлы сваривают между собой чаще всего встык с полным проваром без концентраторов. Обычно в этих соединениях предусматривают снятие напряжений местными способами (термическими или механическими).

Механические способы (проковка, прокатка, вибрация, взрывная обработка, ультразвуковая обработка, приложение нагрузки к сварным соединениям) основаны на создании пластической деформации металла сварных соединений, вследствие чего происходит снижение растягивающих остаточных напряжений.

Металл проковывают непосредственно после сварки по горячему металлу или после его остывания. Основное преимущество этого метода заключается в простоте применяемого оборудования, универсальности и оперативности.

Прокатка обеспечивает более равномерную пластическую деформацию металла по сравнению с проковкой и в основном предназначена для устранения остаточных деформаций.

Приложение нагрузки к сварным соединениям осуществляют растяжением или изгибом элементов. Суммирование остаточных и приложенных напряжений вызывает пластические деформации удлинения и после снятия нагрузки снижение максимальных напряжений.

Наряду с рассмотренными механическими методами для снятия напряжений начинают использовать вибрацию, ультразвуковую и взрывную обработку.

Термомеханические способы основаны на одновременном протекании тепловых и механических процессов.

Способы уменьшения сварочных деформаций. Все мероприятия по уменьшению деформаций можно разделить на три группы в зач висимости от того, применяют ли их до сварки, в процессе сварки или после нее.

Мероприятия, применяемые до сварки.

1. Рациональное конструирование сварного изделия, которое включает: – уменьшение количества наплавленного металла и соответственно количества вводимого при сварке тепла за счет уменьшения сварных швов и их сечений; – избежание скоплений и перекрещиваний швов; – симметричное расположение швов для уравновешивания деформаций; – симметричное расположение ребер жесткости, накладок, косынок и т. д. и их минимальное использование.

2. На стадии разработки технологии целесообразно предусматривать: – размеры и форму заготовок с учетом величины возникающих прй сварке усадок; – предварительную деформацию заготовок, которая была бы противоположной ожидаемой сварочной деформации; – правильный выбор вида сварки, учитывая, что деформации при ручной сварке, как правило, больше, чем при автоматической, а деформации при сварке под флюсом больше, чем при сварке в углекислом газе.

Мероприятия, применяемые в процессе сварки:- – снижение погонной энергии при назначении более экономичных режимов; – искусственное охлаждение зоны сварки, например, водой, водо-охлаждаемыми медными накладками и т. д. для уменьшения зоны нагрева и соответственно сварочных деформаций; – закрепление свариваемых изделий в жестких приспособлениях; применение многослойных швов вместо однослойного, проковка швов после каждого прохода; – рациональная последовательность сварки для уравновешивания деформаций, применение обратноступенчатого способа сварки, заключающегося в том, что всю длину шва разбирают на отдельные ступени и сварку каждой ступени выполняют в направлении, обратном общему направлению сварки.

Мероприятия, применяемые после сварки: механическая правка сварных изделий для создания пластических деформаций, обратных сварочным, путем растяжения, изгиба, местного деформирования проковкой, прокаткой роликами, осадкой металла по толщине под прессом и др.; – тепловая правка местным нагревом. Расширяющийся при местном нагреве металл осаживается прилегающим холодным металлом, поэтому после охлаждения размеры нагретого участка уменьшаются, что приводит к устранению местных деформаций (хлопунов, выпучин и т. д.); – высокий отпуск деталей в зажимных приспособлениях.

Источники:

http://oitsp.ru/welding_article/metody-snizheniya-svarochnyh-napryazheniy-i-ustraneniya-ostatochnyh-deformaciy
http://studopedia.ru/9_116281_metodi-predotvrashcheniya-snizheniya-i-ustraneniya-svarochnih-napryazheniy-i-deformatsiy.html
http://pereosnastka.ru/articles/sposoby-umensheniya-svarochnykh-deformatsii-m-napryazhenii

Ссылка на основную публикацию
Статьи c упоминанием слов:
Adblock
detector
×
×