Главная → Статьи

Cварочные деформации и напряжения

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».

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.

Ваш отзыв