Вид и способ сварки.

Высокая степень концентрации теплоты способствует сужению зоны, подвергающейся пластическим деформациям, и соответственно, к их уменьшению.

Автоматическая и полуавтоматическая сварка в среде углекислого газа имеет меньшее тепловложение, чем ручная сварка, и соответственно, дает меньшие деформации.

Аналогично, импульсно-дуговая сварка также дает меньшие деформации, чем сварка непрерывно горящей дугой.

Уменьшение скорости охлаждения после сварки также снижает деформации и напряжения. Сварка под флюсом, имеющая наименьшую скорость охлаждения, вызывает меньшие остаточные деформации, чем ручная дуговая сварка.

Уменьшение скорости нагрева, в общем случае, достигается применением «мягких» режимов сварки, а также предварительного и сопутствующего подогрева, которые уменьшают перепад температур от температуры сварочной ванны до температуры окружающей ее зоны. Например, подогрев до 250ºС стали 30ХГСА снижает остаточные деформации до 30%, более высокая температура дает еще более благоприятные результаты. Кроме того это предотвращает образование закалочных структур.

Наоборот, очень резкое охлаждение деталей после сварки также снижает сварочные деформации, т.к. при этом сужается термическая зона. Применяют этот метод для незакаливающихся материалов (например, для низкоуглеродистых сталей) с помощью охладителей ( медных или медных с водяным охлаждением).

Конфигурация шва.

Х-образная разделка, благодаря симметричному расположению шва относительно нейтральной оси, вызывает меньшую угловую деформацию, чем V- образная. Кроме того. Х-образная разделка требует меньшего расхода проволоки, т.к. площадь поперечного сечения шва с Х-образной разделкой меньше, чем сV- образной. Увеличение погонной энергии, влекущее за собой увеличение сечения шва, приводит к заметному росту напряжений и остаточных деформаций. С целью уменьшения напряжений и деформаций еще более целесообразно применять рюмкообразную разделку.

Порядок сварки и закрепления деталей.

Наибольшие остаточные деформации образуются при сварке на проход, т.е. при наложении шва от начала до конца без длительных перерывов. Чтобы уменьшить деформации, образующиеся при сварке протяженных швов на проход, применяется метод сварки от середины к концам, особенно это эффективно при работе 2-х сварщиков одновременно (см. рис.87). С целью снижения деформаций при ручной сварке также применяют обратноступенчатый метод сварки (см. рис.88). Длину ступени (участок непрерывной сварки) выбирают так, чтобы к началу сварки последующего участка температура составляла 200…300ºС. При ручной дуговой сварке это участок расплавления одного электродного стержня. Обратноступенчатый метод рекомендуется выполнять при увеличенном зазоре, тогда с уменьшением ширины шва при охлаждении уменьшается и предварительно расширенный зазор.

Сварка на проход Сварка от середины к концам

Длина шва не более 300мм Общая дина шва от 300 до 600мм

Рис. 87.

1 2 3 4 5 6

3 2 1 1 2 3

шов

Длина шва от 600 до 800мм Длина шва более 800мм

Рис. 88. Обратноступенчатый метод сварки.

(цифрами обозначена последовательность наложения швов)

Жесткое закрепление деталей существенно снижает сварочные деформации, но часто сварка в жестком приспособлении приводит к появлению значительных внутренних напряжений, поэтому после освобождения сборки от приспособления размеры все равно изменяются.

В связи с этим бывает целесообразнее не предотвращать деформации, а их учитывать. Например, укорочения от сварки кольцевых швов можно учесть заранее, прибавив к каждой из свариваемых деталей или к одной из них величину усадки (см. рис. 89). Усадка при этом определяется обычно экспериментально, т.к. она зависит от режима сварки и от прочих факторов.

101 101 101

300

Рис. 89.

На рисунке 89 показано, как с помощью увеличения длины каждой свариваемой детали на величину усадки в каждом шве (на1мм) была получена требуемая длина сборки.

Уменьшение диаметра при сварке кольцевых швов (см. рис. 86) можно предотвратить, применяя разжимные подкладные кольца (см. рис. 90).

С17

Рис. 90.

С целью уменьшения сварочных деформаций можно применить метод обратных деформаций, например, укладка свариваемых деталей под углом(см. рис.91)



Рис. 91.

с целью предотвращения угловой листов после сварки, изображенной на рис. 84).

Метод обратных деформаций обычно применяют в конструкциях, у которых сварные швы расположены только с одной стороны оси изделия. Если сварные швы расположены сим-метрично с 2-х сторон, то предотвратить деформации можно, применяя такой порядок наложе- ния швов, чтобы каждый последующий шов вызывал деформации, обратные тем, которые возникли при наложении предыдущего шва. На рис. 92 показан порядок наложения швов при сварке двутавра.

4

2

1

3

Рис. 92.

Цифрами показан порядок наложения швов. Может быть применен и такой порядок - 1, 4, 3, 2.

Рис. 93.

Предварительный обратный изгиб листа с целью предотвращения грибовидности полок, изображен на рис. 93. С этой же целью можно производить предварительный нагрев вертикальной пластины так, как показано на рис. 94.

Зона нагрева

Рис. 94.

Стрелками показано направление нагрева – от середины к краям.

Рассмотрим теперь способы сокращения уже полученных сварочных деформаций и напряжений. Эта необходимость возникает, если способы их предотвращения оказываются недостаточными.

Термообработка после сварки.

С этой целью сварное изделие лучше полностью поместить в печь, а можно и отдельно каждое сварное соединение подвергнуть термообработке ТВЧ. Для НУС – это низкий отжиг при t= 700ºС с выдержкой в зависимости от толщины свариваемых изделий и их формы. Влияние термообработки объясняется тем, что приt= 700ºС предел текучести стали близок к 0, поэтому в результате полной пластической деформации снимаются все напряжения. Отжиг – очень трудоемкая операция, требующая больших затрат электроэнергии, поэтому его надо применять лишь в случаях, когда последующая после сварки механическая обработка приводит к изменению размеров сборки (так называемым поводкам), в большинстве же случаев следует обойтись без нее. Как правило, необходимость отжига после сварки указывается в конструкторской документации.

Термостатический метод.

Этот метод снятия деформаций применяют следующим образомпо еще неостывшему сварному шву производят прокатку роликом, причем прокатку околошовной зоны следует избегать в связи с пониженной пластичностью большинства материалов в этом диапазоне температур. Этот метод полезен еще и тем, что повышает усталостную прочность.

Возможно применение с этой же целью разгонки околошовной зоны аргонодуговой сваркой без присадки на большой скорости, при этом часть металла переходит в пластичное состояние, и часть напряжений (до 70%) снимается.

Термическая правка.

При этом способе пламенем газовой горелки или дугой от неплавящегося электрода нагревают выпученный участок металла (хлопун, см. рис 86) до температуры 750…800ºС, при этом нагретый участок стремится расшириться, однако окружающий его холодный металл ограничивает возможность расширения, в результате чего возникают пластические деформации сжатия, что уменьшает деформации .

На этом же принципе основан способ снятия деформаций после сварки тавровой балки с ребрами (см. рис. 95).или после сварки 2-х полотнищ, расположенных под углом 90º (см. рис. 96).

Зоны нагрева тавровой балки

Рис. 95.

А

Вид А

500 500

30…40

Рис. 96.

Нагрев полосок нижнего полотнища лучше производить одновременно 2-мя газосварщиками

Механическая правка.

Самый простой способ, выполняется на прессах или вручную ударами молотка через прокладку.

Терморихтовка.

Для некоторых сплавов, например, титановых, это единственный способ снятия деформаций.

На рис. 97 изображена оправка для терморихтовки сварного конуса с целью устранения овальности.

конус

оправка

Наружные кольца

Рис. 97.

Принцип терморихтовки заключается в том, что деталь, собранную с оправкой, помещают в печь при температуре отжига, когда _Тблизко к 0 и выдерживают при этой температуре, при этом напряжения снимаются, а размеры детали оформляются по оправке.

Для устранения неплоскостности фланца после сварки сплошного углового одностороннего шва на деталях из сплава Амг-6 можно применить терморихтовку в приспособлении, изображенном на рис. 98.

Рис. 98.