Величина угловой деформации при сварке зависит от величины наплавленного металла

Обновлено: 05.10.2024

Односторонний подвод тепла (при дуговой и газовой сварке) обычно вызывает неравномерный нагрев металла по толщине (рис. 79, а). Во время сварки более нагретые слои металла расширяются сильнее, чем менее нагретые. Точка А, принадлежащая более нагретой верхней плоскости, продвинется в точку А,, в то время как точка В, принадлежащая менее нагретой нижней плоскости, переместится в точку Вг. Отрезок AAt больше от
резка BBt. В таком положении произойдет сваривание пластин. После полного остывания точки А и В стремятся возвратиться в прежнее положение, в результате чего возникает угловой излом (рис. 79, б).

Рис. 80. Характер зависимости угловой деформации р от относительной S

глубины провара —— о

прн ПОСТОЯННЫХ —— и о О

При наплавке валика на пластину, помимо неравномерного перемещения точек по глубине провара, возникает также пластическая деформация металла в более нагретых зонах. На рис. 79, в прямой штриховкой показана область пластических деформаций металла. После остывания в зоне пластических деформаций произойдет сокращение металла и возникнут угловые деформации. Во всех случаях, представленных на рис. 79, в основе механизма образования угловых деформаций лежат одни и те же явления: неравномерные перемещения точек пластины в плоскости листа и неравномерная пластическая деформация металла по толщине.

Величина угловой деформации (5 зависит от многих факторов: относительной

глубины провара у (рис. 80); относи-

тельной ширины провара у, формы провара, механических и теплофизических свойств металла и других.

Контуры провара зависят от сосредоточенности и других характеристик источника нагрева. Результаты исследований, посвя
щенных определению угловых деформаций [3, 57, 84], нередко в значительной степени расходятся между собой. Это объясняется, во-первых, большим числом факторов, влияющих на угловые деформации и по-разному оцениваемых исследователями, а во-вторых, неопределенностью теплового воздействия дуги на различные элементы в процессе сварки углового шва. При одинаковой погонной энергии в зависимости от концентрации тепла и его перераспределения между элементами деформации имеют различную величину. В таких условиях экспериментальная проверка расчетных зависимостей недостаточно объективна. Имеющиеся в настоящее время формулы и зависимости для определения угловых деформаций р следует рассматривать как ориентировочные.

В стыковых однопроходных сварных соединениях даже при полном проваре может возникать угловая деформация р. В двухпроходных сварных соединениях остаточная угловая деформация зависит от выбранных режимов сварки первого и второго проходов и может иметь различный знак. В тавровых сварных соединениях угловые деформации могут быть выражены в функции катета шва и погонной энергии, идущей на проплавление основного металла [3, 56, 86]. Задача об определении перемещений, возникающих от угловых деформаций, также может быть расчленена, как указывалось выше, на термомеханическую и деформационную.

Располагая экспериментальными или расчетными значениями угловых деформаций р в отдельных сварных соединениях, выполненных без закреплений, можно определять деформации в более сложных случаях. Для этого можно воспользоваться методом фиктивных сил. Значения р в данном случае являются результатом решения термомеханической задачи. Для определения перемещений листов в конструкциях необходимо решать деформационную задачу.

Результаты исследования угловых деформаций р в части термомеханической задачи в основном излагаются по работам Кузьми - нова А. С. При однопроходной сварке встык низкоуглеродистых и низколегированных сталей угловая деформация р в радианах определяется по номограмме на рис. 81, где qpac— расчетная эффективная мощность, равная при сварке встык эффективной мощности q = yUJ, vc — скорость сварки в см/сек, Ьрас — расчетная толщина, равная при полном проваре толщине листов 6, а при неполном проваре — глубине провара. При двухпроходной двусторонней сварке (см. рис. 79, ж) углы от первого рх и второго р2 шва вычитаются: Р = Pi — Р2, причем р может быть и положительным и отрицательным. При сварке первого шва &рас = hx, где — глубина провара, а при сварке второго шва &рас = 6. При многопроходной сварке угловую деформацию стыкового сварного соединения определяют по формуле

р = 2)Р^—2Р imi, (116)

где і — число проходов с наружной стороны;

/ — число проходов с внутренней стороны;

— угол изгиба от І-го прохода с наружной стороны, а — угол изгиба от /-го прохода с внутренней стороны (см. рис. 81);

mt и тj — поправочные коэффициенты, учитывающие номер прохода (рис. 82).

Рис! 81. Номограмма для определения угловой деформации р при сварке встык и в тавр в зависимости от условий сварки и расчетной толщины бр [56]

Рис. 82. График зависимости поправочного коэффициента т от номера прохода с каждой стороны разделки шва [56]

При расчете деформаций по формуле (116) с использованием номограммы на рис. 81 в качестве расчетной толщины 6^ принимается толщина заваренного слоя. Например, на рис. 79, э для шва 1 с наружной стороны брас = hy, для шва 2 с наружной стороны брас — для первого шва Ґ с внутренней стороны Ьрас — /j' и для второго шва 2' с внутренней стороны брас ~ 6 .

коэффициент т як 1.

Поправочные коэффициенты Ші И m. j введены для учета влияния формы разделки и теплоотвода при многослойной сварке. При числе слоев с одной стороны не более 3—4 поправочный

При сварке угловых сварных соединений (см. рис. 79, г и е) следует различать угловые деформации, вызванные неравномерной

поперечной усадкой листа, и угловые деформации, вызванные усадкой самого металла шва в направлении гипотенузы. Первая причина всегда приводит к появлению изгиба листа на угол р (грибовидности), а вторая — либо к повороту листа относительно ребра, если нет препятствия такому повороту, либо к появлению дополнительного изгиба листа на угол fiK, если препятствие имеется.

на угол 0^. Кроме того,

Рис. 83. График для определения доли тепла, вводимой в металл пояса [56]

Например, при сварке двух листов в тавр швом 1 (рис. 79, д) полка вследствие усадки шва повернется как единое целое на угол 0! относительно ребра (если считать полку неподвижной или закрепленной, то ребро повернется относительно полки

из-за неравномерного нагрева и усадки полка получит изгиб на угол pt.

Угол 0] свободного поворота листов от усадки шва мало зависит от режима сварки и равен 0,02—0,024 [56, 86]. Угол изгиба листа от первого шва если

элементы могут поворачиваться, определяют по графику на рис. 81. В качестве расчетной толщины драс принимают толщину листа пояса 6„. Расчетная эффективная мощность равна мощности, вводимой в лист пояса qn (п. 21):

С. А. Кузьминой предлагает для определения qn более сложную зависимость qa = kaq (рис. 83). Угол изгиба от второго шва определяют как сумму углов изгиба, возникающих от неравномерной усадки пояса и усадки катета шва + $к. Величину р2 находят аналогично рг Угол |3К определяется вне зависимости от режима сварки, а в зависимости от размеров катета шва, толщины пояса, ребра и металла:

где ет — относительная деформация, соответствующая пределу текучести наплавленного металла;

D — коэффициент, зависящий от размеров катета к, толщины пояса 6П и ребра 8Р (рис. 84).

Максимальное значение не может превышать 0,02 рад.

Аналогично определяют изгиб листа от одного шва, если он не может поворачиваться на угол 0,. Угол 02 обычно невелик, формул для его определения нет. Углы изгиба р,, ра и рк при сварке прерывистыми швами определяют по формуле

где $спл — угол изгиба сплошного шва;

tM — длина заваренного участка прерывистого шва; tnp — шаг прерывистого шва.

Рис. 84. График для определения коэффициента D [56]

Шахматные и цепные швы следует рассчитывать как двусто роннке, т. е. с учетом рк. Деформационную задачу решают, применяя метод фиктивных сил. Места образования углов изгиба заменяют шарнирами, где прикладывают фиктивные моменты М. Моменты М определяют из условия, чтобы суммарный угловой поворот был равен р.

Задача может решаться как упругая, так и пластическая.

На рис. 85, а показан случай сварки встык двух листов, когда их взаимное сближение может происходить беспрепятственно, но без поворота концов пластин. Заменяя указанный случай расчетной схемой (рис. 85, б), находим моменты М и силы Р в шарнире (силы на рисунке не показаны) из условия, что перемещения концов равны и что фі +

р, где ф, и ф2 — углы по-

ворота стержней и /2 в шарнире О от моментов М. Зная момент М и силу Р, определяем прогибы /. Одновременно можно определять и напряжения в листе от изгиба. На рис. 85, в показан более сложный случай, когда к ребристой конструкции, имеющей некоторую протяженность в направлении за плоскость чертежа, приварены листы 1—5. Для решения задачи составляют систему уравнений на основании схемы действия сил, показанных на рис. 85, г. Напряжения в пластинах от моментов и сил действительно имеют место после сварки и остывания. Если пластины короткие и жесткие, то напряжения могут превысить оу. Углы поворота в этом случае следует определять с учетом пластической деформации. Так как момент сопротивления W угловых швов обычно меньше момента сопротивления самих пластин, то пластические деформации будут

концентрироваться в швах и в этом частном случае во избежание ошибок моменты следует определять с учетом калибров швов и их моментов сопротивления.

Показателю трещинообразования HCS

21. [Уд1] (ВО1) При ручной дуговой сварке максимальная величина наплавляемого за один проход металла составляет:

2) 40 мм 2

22. [Уд1] (ВО1) К основным параметрам режима дуговой сварки относятся:

Диаметр электрода, сварочный ток

2) вид сварочного тока, количество наплавленного металла

3) напряжение холостого хода, полярность при сварке

4) зазор между электродом и изделием, мощность сварочной дуги

23. [Уд1] (ВО1) Производительность при дуговой сварке – это:

1) количество наплавленного металла на 1 метр сварного шва

2) количество расплавленных электродов за время сварки

3) количество расплавленного металла за время сварки при установленном сварочном токе

Количество наплавленного металла за время сварки при установленном сварочном токе

24. [Уд1] (ВО1) Величина сварочного тока влияет главным образом на:

Глубину проплавления

3) скорость сварки

4) высоту усиления шва

25. [Уд1] (ВО1) Минимальная длина прихватки составляет:

Мм

26. [Уд1] (ВО1) Высоколегированными сталями считаются стали с содержанием легирующих компонентов:

3) более 10%

27. [Уд1] (ВО1) Сварочный трансформатор – это:

1) устройство, которое преобразует механическую энергию вращения его вала в электрическую энергию

2) устройство, которое преобразует энергию сетевого переменного тока в энергию постоянного сварочного тока

3) устройство, преобразующее постоянное напряжение в высокочастотное переменное

Устройство для понижения переменного напряжения сети до необходимого при сварке

28. [Уд1] (ВО1) Сварочная дуга – это:

1) движение сварочного тока от источника питания к изделию

Непрерывный электрический разряд в смеси газов и паров металлов между двумя находящимися под напряжением электродами

3) движение заряженных частиц

4) электрический разряд, получаемый при сварке

29. [Уд1] (ВО1) Основным параметром при выборе источника питания для дуговой сварки является:

1) напряжение питания источника

2) напряжение холостого хода

Сварочный ток

4) способ сварки

30. [Уд1] (ВО1) По каким показателям оценивают работоспособность выбранной конструкционной стали при отрицательной температуре

По ударной вязкости

2) по пределу текучести и временному сопротивлению разрыву

3) по расчетному сопротивлению или допускаемому напряжению

4) по относительному удлинению

31. [Уд1] (ВО1) Контроль температуры предварительного подогрева выполняют:

1) термоэлектрическими термометрами

Всем выше перечисленным

32. [Уд1] (ВО1) Полное снятие сварочных напряжений обеспечено

Высоким отпуском всего изделия

2) прокаткой активной зоны с регулируемой степенью деформации

3) местным высоким отпуском

4) длительным нагревом изделия

33. [Уд1] (ВО1) Величина угловой деформации при сварке зависит от:

1) величины наплавленного металла

2) режима сварки

Угла разделки кромок

4) продолжительности нагрева изделия

34. [Уд1] (ВО1) Появление остаточных напряжений при сварке плавлением обусловлено:

1) общим нагревом изделия

Локальным нагревом изделия

3) высокими значениями сварочного тока

4) выбором сварочных материалов

35. [Уд1] (ВО1) Конечная длина тавровой балки после выполнения сварки продольных швов:

Уменьшается

3) сварка не оказывает влияния на длину балки

4) длина не изменяется, но происходит прогиб балки

36.[Уд1] (ВО1) Под физической свариваемостью понимают:

1) Создание сваркой слоя металла на детали для получения желаемых свойств или размеров

Подразумевает возможность получения монолитных сварных соединений с химической связью

3) процесс образования неразъемного соединения путем образования межатомных связей между соединяемыми элементами при их нагревании и (или) пластическом деформировании

4) способность материала, когда в процессе сварки достигается металлическая целостность при соответствующем технологическом процессе, чтобы свариваемые детали отвечали техническим требованиям

37. [Уд1] (ВО1) При прямой полярности положительный заряд находится:

1) положение заряда не зависит от полярности

На изделии

3) поочередно на электроде и изделии

38. [Уд1] (ВО1) Плазменная сварка – это:

Дуговая сварка, при которой нагрев осуществляется сжатой дугой

2) Сварка плавлением, при которой используют теплоту, выделяющуюся в вылете плавящегося электрода или электродов и в токопроводящей шлаковой ванне при прохождении тока

3) Дуговая сварка плавящимся электродом, при которой жидкий металл сварочной ванны удерживается охлаждаемыми ползунами, перемещающимися вверх по мере выполнения шва

4) Дуговая сварка в защитном газе плавящимся электродом, при которой в качестве защитного газа используют инертный газ

39. [Уд1] (ВО1) Для сварки ответственных металлоконструкций в первую очередь необходимо применять сварочные электроды:

С основным типом покрытия

2) с рутиловым типом покрытия

3) с кислым видом покрытия

4) с целлюлозным видом покрытия

40. [Уд1] (ВО1) Для сварки неплавящимся вольфрамовым электродом применяют:

1) активные газы

2) искусственные газы

Инертные газы

41. [Уд1] (ВО1) Низколегированная сталь относится ко второй группе по свариваемости, если:

42. [Уд1] (ВО1) Ширина выводной планки при РДС должна быть не менее:

1) не менее 40мм

Не менее 60мм

3) не более 100мм

4) не менее 50мм

43. [Уд1] (ВО1) Количество проходов при ручной дуговой сварке определяется в зависимости от:

1) площади усиления шва

2) величины зазора между деталями

Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация.

Модели организации как закрытой, открытой, частично открытой системы: Закрытая система имеет жесткие фиксированные границы, ее действия относительно независимы.

Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас.

Деформации и напряжения при сварке

Процесс, при котором в результате воздействия силы форма и размер твердого тела изменяют свою форму, называется деформацией. Различаются следующие ее виды:

– упругая, при которой тело восстанавливает исходную форму, как только действие силы прекращается. Такая деформация, как правило, бывает незначительной, например для низкоуглеродистых сталей она составляет не более 0,2 %.

– остаточная (пластическая), возникающая в том случае, если тело после устранения воздействия не возвращается в первоначальное состояние. Этот вид деформации характерен для пластичных тел, а также отмечается при приложении к телу очень значительной силы. Для пластической деформации нагретого металла, в отличие от холодного, требуется меньше нагрузки.

Степень деформации зависит от величины приложенной силы, т. е. между ними прослеживается прямо пропорциональная зависимость: чем больше сила, тем сильнее деформация.

Силы, которые действуют на изделие, делятся на:

– внешние, к которым относятся собственно вес изделия, давление газа на стенки сосуда и пр. Такие нагрузки могут быть статическими (не изменяющимися по величине и направлению), динамическими (переменными) или ударными;

– внутренние, возникающие в результате изменения структуры металла, которое возможно под воздействием внешней нагрузки или, например, сварки и др. Рассчитывая прочность изделия, внутреннюю силу обычно называют усилием.

Величину усилия характеризует и напряжение, которое возникает в теле в результате этого усилия. Таким образом, между напряжением и деформацией имеется тесная связь.

Относительно сечения металла действующие на него силы могут иметь разное направление. В соответствии с этим возникает напряжение растяжения, сжатия, кручения, среза или изгиба (рис. 3).

Рис. 3. Виды напряжения, изменяющие форму металла и сплава (стрелки указывают направление уравновешивающих сил): а – растяжение; б – сжатие; в – кручение; г – срез; д – изгиб

Появление деформации в сварных конструкциях объясняется возникновением внутренних напряжений, причины которых могут быть разными и подразделяются на две группы.

К первой относятся неизбежные причины, которые обязательно возникают в ходе обработки изделия. При сварке это:

1. Кристаллизационная усадка наплавленного металла. Когда он переходит из жидкого состояния в твердое, его плотность возрастает, поэтому изменяется и его объем (это и называется усадкой), например уменьшение объема олова в таком случае может достигать 26 %. Данный процесс сопровождается растягивающими напряжениями, которые развиваются в соседних участках и влекут за собой соответствующие им напряжения и деформации. Усадка измеряется в процентах от первоначального линейного размера, а каждый металл или сплав имеет собственные показатели (табл. 1).

Таблица 1. ЛИНЕЙНАЯ УСАДКА НЕКОТОРЫХ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Напряжения, причиной которых является усадка, увеличиваются до тех пор, пока не наступает момент перехода упругих деформаций в пластические. При низкой пластичности металла на наиболее слабом участке может образоваться трещина. Чаще всего таким местом бывает околошовная зона.

При сварке наблюдаются два вида усадки, которые вызывают соответствующие деформации:

а) продольная (рис. 4), которая приводит к уменьшению длины листов при выполнении продольных швов. При несовпадении центров тяжести поперечного сечения шва и сечения свариваемой детали усадка вызывает ее коробление;

Рис. 4. Продольная усадка и деформации при различном расположении шва по отношению к центру тяжести сечения элемента: а – при симметричном; б, в – при несимметричном; 1 – график напряжений; 2 – шов; ?L – деформация; b – ширина зоны нагрева; напряжение сжатия; + – напряжение растяжения; г – при несимметричном; 2 – шов

б) поперечная (рис. 5), следствием которой всегда является коробление листов в сторону более значительного объема наплавленного металла, т. е. листы коробятся вверх, в направлении утолщения шва. Фиксация детали воспрепятствует деформации от усадки, но станет причиной возникновения напряжений в закрепленных участках.

Рис. 5. Поперечная усадка и деформации: а – деформации до и после сварки; б – график распределения напряжения (О – центр тяжести поперечного сечения шва; напряжение сжатия; + – напряжение растяжения)

Величина деформаций при сварке зависит, во-первых, от размера зоны нагрева: чем больший объем металла подвергается нагреванию, тем значительнее деформации. Следует отметить, что для различных видов сварки характерны разные по размеру зоны нагрева и деформации, в частности при газовой сварке кислородно-ацетиленовым пламенем она больше, чем при дуговой сварке.

Во-вторых, имеют значение размер и положение сварного шва. Величина деформации тем существеннее, чем длиннее шов и больше его сечение, определенную роль играют также несимметричность шва и главной оси сечения свариваемого изделия.

В-третьих, если деталь сложна по своей форме, то швов на ней бывает больше, поэтому можно предположить, что напряжения и деформация обязательно проявятся.

2. Неравномерный нагрев свариваемых частей или деталей. Как известно, при нагревании тела расширяются, а при охлаждении – сужаются. При сварке используется сосредоточенный источник тепла, например сварочная дуга или сварочное пламя, который с определенной скоростью перемещается вдоль шва и поэтому неравномерно нагревает его. Если свободному расширению или сокращению мешают какие-либо препятствия, то в изделии развиваются внутренние напряжения. Более холодные соседние участки и становятся такой помехой, поскольку их расширение выражено в меньшей степени, чем у нагретых участков. Поскольку термические напряжения, ставшие следствием неравномерного нагревания, развиваются без внешнего воздействия, то они называются внутренними, или собственными. Наиболее важными являются те из них, которые возникают при охлаждении изделия, причем напряжения, действующие вдоль шва, менее опасны, поскольку не меняют прочности сварного соединения, в отличие от напряжений, перпендикулярных шву, которые приводят к образованию трещин в околошовной зоне;

3. Структурные трансформации, которые развиваются в околошовной зоне или металле шва. В процессе нагревания и охлаждения металла размер и расположение зерен относительно друг друга изменяются, что отражается на объеме металла и становится причиной возникновения внутренних напряжений со всеми вытекающими последствиями, представленными в первом пункте. В наибольшей степени этому подвержены легированные и высокоуглеродистые стали, предрасположенные к закалке; низкоуглеродистые – в меньшей. В последнем случае при изготовлении сварных конструкций это явление может не приниматься в расчет.

Вторую группу составляют сопутствующие причины, которые можно предупредить или устранить. К ним относятся:

– ошибочные конструктивные решения сварных швов, например небольшое расстояние между соседними швами, слишком частое пересечение сварных швов, ошибки в выборе типа соединения и др.;

– несоблюдение техники и технологии сварки, в частности плохая подготовка кромок металла, нарушение режима сварки, использование несоответствующего электрода и др.;

– низкая квалификация исполнителя.

Величина деформаций при сварке во многом определяется теплопроводностью металла. Между ними существует прямо пропорциональная зависимость: чем выше теплопроводность, тем более равномерно распространяется поток тепла по сечению металла, тем менее значительными будут деформации. Например, при сварке нержавеющей стали как менее теплопроводной возникают большие деформации, чем при сварке низкоуглеродистых сталей.

Напряжения и деформации, которые имеют место исключительно в ходе сварки, а по ее окончании исчезают, называются временными; а если они сохраняются после охлаждения шва – остаточными. Практическое значение последних особенно велико, поскольку они могут сказываться на работе детали, изделия, всей конструкции. Если деформации носят локальный характер (например, на отдельных участках появляются выпучины, волнистость и др.), то они называются местными; если в результате деформации терпят изменения геометрические оси и размеры изделия или конструкции в целом – общими.

Кроме того, деформации могут возникать как в плоскости изделия, так и вне ее (рис. 6).

Рис. 6. Некоторые виды деформации: а – в плоскости сварного соединения; б – вне плоскости сварного соединения; 1 – форма изделия до сварки; 2 – форма изделия после сварки

Для уменьшения деформаций и напряжений при сварке придерживаются следующих конструктивных и технологических рекомендаций:

1. При подборе материала для сварных конструкций руководствуются правилом: использовать такие марки основного металла и электродов, которые либо не имеют склонности к закалке, либо подвержены ей в наименьшей степени и способны давать пластичный металл шва.

2. Избегают закладывать в конструкциях (особенно в ответственных), тем более рассчитанных на работу при ударах или вибрации, многочисленные сварные швы и их пересечения, а также использовать короткие швы замкнутого контура, поскольку в этих зонах, как правило, концентрируются собственные напряжения. Чтобы снизить тепловложения в изделие или конструкцию, оптимальная длина катетов швов должна быть не более 16 мм.

3. Стараются симметрично располагать ребра жесткости в конструкциях и сводят их количество к минимуму. Симметричность необходима и при расположении сварных швов, так как это уравновешивает возникающие деформации (рис. 7), т. е. последующий слой должен вызывать деформации, противоположные тем, которые развились в предыдущем слое.

Рис. 7. Последовательность наложения сварных швов для уравновешивания деформаций

Эффективен и способ обратных деформаций (рис. 8). Перед сваркой в конструкции (как правило, швы в ней должны располагаться с одной стороны относительно оси либо на различных расстояниях от нее) вызывают деформацию, обратную той, что возникнет в ней при сварке.

Рис. 8. Сваривание гнутых профилей как пример применения обратной деформации

4. Ограничивают применение таких способов соединения, как косынки, накладки и др.

5. По возможности отдают предпочтение стыковым швам, для которых концентрация напряжений не столь характерна.

6. Предполагают минимальные зазоры на разных участках сварки.

7. В сопряжениях деталей предусматривают возможность свободной усадки металла шва при охлаждении в отсутствие жестких заделок.

8. Практикуют изготовление конструкций по секциям, чтобы потом сваривать готовые узлы. Если последние имеют сложную конфигурацию, то заготавливают литые и штампованные детали, чтобы снизить неблагоприятное воздействие жестких связей, которые дают сварные швы.

9. Выбирают технологически обоснованную последовательность (рис. 9) выполнения сварных швов, при которой допускается свободная деформация свариваемых деталей. Если, например, требуется соединить листы, то в первую очередь выполняют поперечные швы, в результате чего получают полосы, которые потом сваривают продольными швами. Такая очередность исключает жесткую фиксацию соединяемых частей листов и позволяет им свободно деформироваться при сварке.

Рис. 9. Оптимальная последовательность выполнения сварных швов при сварке листов: а – настила; б – двутавровой балки

Направление ведения сварного шва также имеет значение. Если вести его на проход либо от центра к концам, то в середине шва разовьются поперечные напряжения сжатия; если двигаться от краев к центру, то в середине шва не избежать появления поперечных напряжений растяжения, следствием которых будут трещины в околошовной зоне или самом шве (рис. 10).

Рис. 10. Напряжение в продольном сечении шва при сварке (– – напряжение сжатия; + – напряжение растяжения): а – на проход; б – от концов к центру

10. При соединении частей из металла значительной толщины (более 20–25 мм) применяют многослойную дуговую сварку, выполняя швы горкой или каскадом (рис. 11). Шов горкой накладывается следующим образом: первый слой имеет длину примерно 200–300 мм, второй длиннее первого в 2 раза, третий длиннее второго на 200–300 мм и т. д. Достигнув «горки», сварку продолжают в обе стороны от нее короткими валиками. Такой способ способствует поддержанию участка сварки в нагретом состоянии. В результате тепло распространяется по металлу более равномерно, что снижает напряжения.

Рис. 11. Очередность наложения швов при многослойной дуговой сварке (размеры указаны в миллиметрах): а – горкой; 1 – ось «горки»; 2 – толщина металла; б – каскадом

11. Помогает снизить коробление швов соединяемых конструкций и деталей выполнение швов в обратноступенчатом порядке (рис. 12). Для этого протяженные швы делят на части длиной 150–200 мм и сваривают их, ведя каждый последующий слой в направлении, обратном предыдущему слою, причем стыки следует размещать вразбежку. Причина таких действий заключается в том, что деформации в соседних участках будут противоположно направленными по отношению друг к другу и равномерными, поскольку металл будет прогреваться равномерно.

Рис. 12. Последовательность наложения обратнопоступательного шва

12. Рассчитывают адекватный тепловой режим сварки. Если при работе есть возможность перемещать изделие (деталь) или если основной металл предрасположен к закалке, тогда используют более сильный тепловой режим, благодаря чему объем разогреваемого материала возрастает, а сам он остывает медленнее. В определенных ситуациях (если сварка проводится при пониженной температуре воздуха, металл имеет большую толщину или является сталью, склонной к закалке, и др.) помогают предварительный или сопровождающий подогрев либо околошовной зоны, либо всего изделия. Температура, до которой следует довести металл, зависит от его свойств и составляет 300–400 °C для бронзы, 250-270 °C для алюминия, 500–600 °C для стали, 700–800 °C для чугуна и т. д.

Если сваривают жестко зафиксированные детали или конструкции, тогда применяют менее интенсивный тепловой режим и варят электродами, способными давать пластичный металл шва.

13. Осуществляют отжиг и нормализацию изделия или конструкции после окончания сварки (последнее полностью ликвидирует напряжения). При отжиге температуру стального изделия доводят до 820–930 °C, выдерживают (общее время составляет примерно 30 минут, длительная выдержка нежелательна, поскольку приводит к росту зерен) и постепенно охлаждают (на 50–75 °C в час), доводя температуру до 300 °C. Это дает ряд преимуществ: во-первых, шов приобретает мелкозернистую структуру с улучшенным сцеплением зерен, благодаря которой металл шва и околошовной зоны становится более пластичным, во-вторых, металл шва получается менее твердым, что имеет большое значение для последующей обработки резанием или давлением; в-третьих, это полностью снимает внутренние напряжения в изделии.

Основные отличия нормализации от полного отжига – более высокая скорость охлаждения, для чего температура, до которой нагревают изделие, на 20–30 °C превышает критическую, и то, что выдержка и охлаждение проводятся на воздухе.

14. Избегают планировать в изделиях и конструкциях сварные швы, неудобные для выполнения, например вертикальные, потолочные.

15. Обеспечивают минимальную погонную энергию, достижимую при высокой скорости сварки в сочетании с наименьшими поперечными сечениями швов.

16. Уменьшают число прихваток и их сечения.

17. Проковывают швы в холодном или горячем состоянии, что уменьшает внутренние напряжения и увеличивает прочность конструкции.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Техника безопасности при дуговой сварке и резке

Техника безопасности при дуговой сварке и резке Сварочные работы сопряжены с определенными факторами, которые могут быть опасными для здоровья человека. К ним относятся:– поражение электрическим током;– отравление токсичными газами и пылью;– ожоги расплавленным

Техника безопасности при газовой сварке и резке

Техника безопасности при газовой сварке и резке Газовая сварка и резка связаны с определенным риском, поэтому при их осуществлении необходимо строго соблюдать правила техники безопасности:1. До проведения работ надо внимательно прочитать инструкцию по применению

Последовательность проведения работ при холодной сварке

Последовательность проведения работ при холодной сварке Состыкуйте полотнища линолеума и тщательно очистите шов от пыли. Затем наденьте перчатки и наклейте на края полотнищ (по стыку) широкий односторонний скотч. Аккуратно прорежьте лезвием скотч над местом стыка

Последовательность проведения работ при холодной сварке Прирезанные края полотнищ линолеума отгибают до границы приклеенных участков и наклеивают по линии стыка на нижележащий слой клейкую с 2 сторон ленту шириной около 100 мм. Шпателем наносят мастику или клей на

Стабилизаторы напряжения

Стабилизаторы напряжения Поскольку пониженное или, напротив, повышенное напряжение в сети достаточно опасно для большинства электрических приборов, желательно приобрести стабилизатор напряжения. Он позволит защитить дорогостоящее оборудование от порчи. Ведь после

Установка стабилизатора напряжения

Установка стабилизатора напряжения Скачки напряжения в сети происходят достаточно часто. Такое явление вовсе не безобидно, поскольку может причинить серьезный вред имуществу и привести к пожару. Крайне чувствительна к подобным сбоям компьютерная и бытовая

Процесс, при котором в результате воздействия силы форма и размер твердого тела изменяют свою форму, называется деформацией.

Различаются следующие ее виды:

? упругая, при которой тело восстанавливает исходную форму, как только действие силы прекращается. Такая деформация, как правило, бывает незначительной, например для низкоуглеродистых сталей она составляет не более 0,2 %.

? остаточная (пластическая), возникающая в том случае, если тело после устранения воздействия не возвращается в первоначальное состояние. Этот вид деформации характерен для пластичных тел, а также отмечается при приложении к телу очень значительной силы. Для пластической деформации нагретого металла, в отличие от холодного, требуется меньше нагрузки.

? внешние, к которым относятся собственно вес изделия, давление

газа на стенки сосуда и проч. Такие нагрузки могут быть статическими (не изменяющимися по величине и направлению), динамическими (переменными) или ударными;

? внутренние, возникающие в результате изменения структуры металла, которое возможно под воздействием внешней нагрузки или, например, сварки и др. Рассчитывая прочность изделия, внутреннюю силу обычно называют усилием.

Линейная усадка некоторых металлов и сплавов

Рис. 4. Продольная усадка и деформации при различном расположении шва по отношению к центру тяжести сечения элемента: а – при симметричном; б, в – при несимметричном; 1 – график напряжений; 2 – шов; ?L – деформация; b – ширина зоны нагрева; – напряжение сжатия; + – напряжение растяжения; г – при несимметричном; 2 – шов

Рис. 5. Поперечная усадка и деформации: а – деформации до и после сварки; б – график распределения напряжения (О – центр тяжести поперечного сечения шва; – напряжение сжатия; + – напряжение растяжения)

? ошибочные конструктивные решения сварных швов, например небольшое расстояние между соседними швами, слишком частое пересечение сварных швов, ошибки в выборе типа соединения и др.;

? несоблюдение техники и технологии сварки, в частности плохая подготовка кромок металла, нарушение режима сварки, использование несоответствующего электрода и др.;

? низкая квалификация исполнителя.

Рис. 7. Последовательность наложения сварных швов для уравновешивания деформаций

Рис. 8. Сваривание гнутых профилей как пример применения обратной деформации

Рис. 10. Напряжение в продольном сечении шва при сварке (– напряжение сжатия; + – напряжение растяжения): а – на проход; б – от концов к центру

11. Помогает снизить коробление швов соединяемых конструкций и деталей выполнение швов в обратно-ступенчатом порядке (рис. 12). Для этого протяженные швы делят на части длиной 150–200 мм и сваривают их, ведя каждый последующий слой в направлении, обратном предыдущему слою, причем стыки следует размещать вразбежку. Причина таких действий заключается в том, что деформации в соседних участках будут противоположно направленными по отношению друг к другу и равномерными, поскольку металл будет прогреваться равномерно.

Рис. 12. Последовательность наложения обратнопоступательного шва

12. Рассчитывают адекватный тепловой режим сварки. Если при работе есть возможность перемещать изделие (деталь) или если основной металл предрасположен к закалке, тогда используют более сильный тепловой режим, благодаря чему объем разогреваемого материала возрастает, а сам он остывает медленнее. В определенных ситуациях (если сварка проводится при пониженной температуре воздуха, металл имеет большую толщину или является сталью, склонной к закалке, и др.) помогают предварительный или сопровождающий подогрев либо околошовной зоны, либо всего изделия. Температура, до которой следует довести металл, зависит от его свойств и составляет 300–400 °C для бронзы, 250–270 °C для алюминия, 500–600 °C для стали, 700–800 °C для чугуна и т. д.

Преобразователь напряжения

Преобразователь напряжения Он состоит из двух частей: задающий генератор и усилитель мощности. Задающий генератор работает по принципу автогенератора и собран на двух транзисторах и трансформаторе. Транзисторы соединены по схеме с общим эмиттером, что обеспечивает

6. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРКЕ[4]

6. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О СВАРКЕ[4] 6.1. Газовая сварка Сваркой называется процесс получения неразъемного соединения металлов в результате нагревания их источником тепла до состояния оплавления в месте соединения, давления или трения. Сварку выполняют с добавлением или без

Техника безопасности при дуговой сварке и резке Сварочные работы сопряжены с определенными факторами, которые могут быть опасными для здоровья человека.К ним относятся:? поражение электрическим током;? отравление токсичными газами и пылью;? ожоги расплавленным

Устранение деформации шпатлевкой или оловом

Устранение деформации шпатлевкой или оловом Случается, когда удары вызывают повреждения в труднодоступных местах кузова, а иногда в совершенно недоступных или когда для ремонта поврежденного участка требуется большая разборка. Чтобы избежать долгого и дорогостоящего

Устранение деформации крыши

Устранение деформации крыши Как правило, крыша получает повреждения в результате бокового наезда на высокие препятствия, такие, как дерево, стена и т. п. В таком случае восстановление формы крыши очень трудоемко и, возможно, невыгодно. При нанесении (получении) слабых

Напряжения и деформации при сварке и меры борьбы с ними

Причины возникновения сварочных напряжений и деформаций

Сварка, как и другие процессы обработки металлов (литье, термообработка, штамповка и др.), вызывает возникновение в деталях собственных (внутренних) напряжений. Во многих случаях собственные напряжения бывают настолько высокими, что вызывают значительные деформации детали и снижение ее работоспособности.

Основные причины возникновения напряжений и деформаций следующие:

неравномерный нагрев металла. Местный нагрев металла в зоне сварки от температуры окружающей среды до температуры плавления и затем быстрое охлаждение приводят к образованию тепловых напряжений;
линейная усадка наплавленного металла. Затвердевший металл уменьшается в объеме, а так как он жестко связан с основным металлом детали, то в переходной зоне возникают внутренние напряжения растяжения;
структурные изменения возникают в металлах при быстром охлаждении, когда перлитно-ферритная или аустенитная структура околошовной зоны переходит в мартенситную, объем которой больше объема исходной структуры.

Широкий диапазон изменения температуры в месте сварки приводит к изменению физических и механических характеристик металла в околошовной зоне. Из графика (рис. 1) видно, что относительное удлинение δ_т в интервале температур от 100 до 350 °C снижается, а предел прочности стали σ_в повышается. Максимальное возрастание прочности в интервале 200—350 °C при понижении пластичности часто бывает причиной образования в металле трещин. Коэффициент

Рис. 1. Изменение свойств низкоуглеродистой стали в зависимости от температуры.

линейного расширения α с повышением температуры возрастает, а модуль упругости Е резко падает и при температуре около 650 °C практически равен нулю, т. е. сталь утрачивает свои упругие свойства. Предел текучести σ, с повышением температуры снижается. Изменение предела текучести в зависимости от температуры аппроксимируют ломаной прямой линией и принимают таким, как показано на графике штриховой линией.

Структурные изменения, происходящие в металле при нагреве и охлаждении, сопровождаются объемными изменениями, которые и становятся причиной возникновения структурных напряжений. На рис. 2 показана зависимость объемных изменений в стали при нагреве и охлаждении.

Границы нагрева АС1 и АС3 показывают начало и конец образования аустенита, а кривая 1 — изменение объема сталей всех марок при нагреве. В интервале температур АС1 — АС3 α-железо переходит в γ-железо, плотность которого выше, т. е. наблюдается уменьшение объема при нагревании. При охлаждении изменение объема идет по кривой 2. В низкоуглеродистых сталях распад аустенита происходит в интервале температур 900—700 °C, когда сталь пластична, поэтому объемные изменения не вызывают заметного образования структурных напряжений. У закаливающихся и особенно у легированных сталей из-за податливости к переохлаждению распад аустенита происходит при более низких температурах.

Рис. 2. Объемные изменения в стали при нагреве и охлаждении

Так, при полной закалке аустенит переохлаждается до температуры 200—350 °C и затем сразу переходит в мартенсит с резким увеличением объема (кривая 3 на рис. 2). В интервале температур 200—350 °C сталь имеет высокую прочность и упругость, поэтому объемные изменения сопровождаются образованием структурных напряжений. В объемах с мартенситной структурой возникают остаточные напряжения сжатия, а по границам — продольные напряжения растяжения. В более пластичных сталях растягивающие напряжения вызывают пластические деформации, а в более хрупких — трещины и даже отколы.

Влияние пористости швов на характеристики сварных соединений

Поры в сварном шве влияют на плотность и механические характеристики сварного соединения. Присутствие пор в шве приводит к уменьшению фактического поперечного сечения шва и, как следствие, к ухудшению механических характеристик сварного соединения в целом. При уменьшении сечения шва до 5% предел текучести, относительное удлинение и угол загиба существенно не изменяются. Более высокая пористость приводит к резкому снижению упомянутых характеристик. Механические свойства сварных соединений высокопрочной стали более подвержены влиянию пористости, чем низкоуглеродистой. Пористость больше сказывается на свойствах угловых швов и меньше — стыковых. При испытании на статический изгиб даже мелкие поры вызывают надрывы, если они расположены близко к поверхности шва. Влияние пор на сопротивление усталости сварных соединений при переменных нагрузках значительнее, чем при статических испытаниях. Установлено, если поры уменьшают площадь поперечного сечения шва всего на 0,8%, то сопротивление усталости сварного соединения снижается на 20%. При более значительном уменьшении сечения сопротивление усталости сварного соединения снижается почти в три раза. Наличие пор в продольных швах менее опасно, чем в поперечных, особенно при низких рабочих напряжениях. Поры, выходящие на поверхность шва (свищи), уменьшают коррозионную стойкость сварного соединения. Требования к качеству сварных швов устанавливаются стандартами, техническими условиями и правилами по контролю и приемке сварных соединений. Допустимость по количеству, размерам и распределению пор решается в зависимости от условий эксплуатации сварных конструкций. Пористость швов не допускается в сварных сосудах, работающих под давлением или вакуумом, а также предназначенных для хранения и перевозки жидких и газообразных продуктов.

Если количество, размер и распределение пор в швах не превышают требований допустимых норм, это не приводит к потере несущей способности сварной конструкции. Для обнаружения пор в швах применяются следующие методы:

внешний осмотр;
осмотр изломов швов, полученных при сварке технологических проб;
осмотр микрошлифов;
ультразвуковой контроль;
радиографический контроль.

Меры борьбы со сварочными напряжениями и деформациями

Наиболее эффективное средство снижения собственных напряжений — подогрев детали перед сваркой и медленное охлаждение после нее. Предварительный подогрев в значительной степени снижает тепловые и усадочные напряжения, а медленное охлаждение предотвращает структурные превращения, особенно в околошовной зоне.

Стали, податливые закалке, с содержанием углерода 0,35% и более подогревают до температуры 150—280 °C. Для получения наплавленного слоя высокого качества высокоуглеродистые (более 0,35% углерода) и легированные стали после сварки или наплавки подвергают термической обработке, которая не только улучшает качество шва, но и снимает собственные напряжения. В некоторых случаях применяют высокотемпературный отпуск стали после наплавки, т. е. нагрев до температуры 600—650 °C, выдержка при этой температуре из расчета 2—3 мин на 1 мм толщины металла и медленное охлаждение вместе с печью.

Для подогрева деталей используют индукторы, многопламенные и однопламенные газовые горелки, специальные печи и т. п. Применение предварительного нагрева, отпуска и термообработки всегда связано со значительным усложнением процесса и снижением производительности. Поэтому для уменьшения собственных напряжений и деформаций разработаны и успешно применяются менее трудоемкие способы.

При сварке и наплавке симметричных деталей сварочные швы накладывают в определенной последовательности, вызывающей уравновешивающие деформации (рис. 3). Иногда при подготовке деталей к сварке создают деформации, обратные деформациям, ожидаемым после сварки (рис. 4). При многослойной наплавке деталей рекомендуется послойная проковка швов пневматическим зубилом с закругленным лезвием. Чтобы не вызвать трещин и надрывов, первый и последний швы не проковывают. Не рекомендуется проковывать хрупкие и закаленные швы.

Рис. 3. Последовательность наложения швов на симметричные детали

Рис. 4. Создание обратных деформаций при сварке

Деформации, возникающие в деталях после наплавки, устраняются механической или термической правкой.

Для механической правки применяют молоты, различные правильные (рихтующие) вальцы и прессы.

При термической правке выпуклую сторону деформированной детали быстро нагревают до температуры 700—800 °C и свободно охлаждают. Уравновешивающие деформации, возникающие при этом, выравнивают деталь.

Часто для термической правки в качестве источника тепла используют газовые горелки.

При сварке двутавровых балок для предотвращения грибовидности поясов целесообразно применять предварительный обратный изгиб заготовок поясов. Величину изгиба определяют опытным путем. Устранение образовавшейся грибовидности поясов обеспечивается при местном концентрированном нагреве деформированного участка газовым пламенем и быстром его охлаждении. В результате в исправляемом элементе конструкции возникают усилия, достаточные для уменьшения или исправления местного дефекта. Для устранения значительных деформаций одновременно с нагревом применяют механизированные средства — струбцины, домкраты, тиски и т. п. Нагрев ведут, как правило, со стороны выпуклой части деформированной поверхности (рис. 5). Детали охлаждают естественным путем на воздухе, но возможно водяное охлаждение для сталей, не склонных к закалке. Нагрев производят универсальными горелками типа ГЗ-3, работающими на ацетилене или газозаменителях.

Рис. 5. Места нагрева деформированного участка

Техника правки состоит в следующем. Сначала выбирают участок нагрева и определяют ширину зоны нагрева. Эта зона должна составлять 0,5—2 толщины листа. Нагревают выбранную зону пламенем горелки до температуры 250—650 °C в зависимости от величины прогиба. Следует учитывать, что температура нагрева не должна превышать температуру начала структурных превращений исправляемого металла.

Читайте также: