Правка металлоконструкций после сварки

Обновлено: 15.05.2024

• Мы изучали тему сварочные
деформации и напряжения и мы
понимаем, что при сварке полностью
исключить их появления мы не можем,
но правильно подобрав технику и
технологию сварки мы можем их
минимизировать.

3. Виды деформаций

• В особо ответственных конструкциях, к
которым предъявляются повышенные
требования по прочности и качеству
соединений, сварочные напряжения
устраняются путем проведения
специальной термической обработки
(отжиг, нормализация, отпуск)

5. Термическая обработка

• процесс нагревания изделия до
определенной температуры, выдержки
и последующего охлаждения,
проводимого с заданной скоростью.

• В случае, когда в изделии после сварки
произошли деформации и размеры
конструкции не соответствуют
допустимым необходимо применять
ПРАВКУ изделий.

• Правка металлоконструкций или их
отдельных элементов осуществляется,
когда фактическое значение любых
остаточных деформаций предельно
превышают допустимые значения
отклонений от нужных геометрических
форм или размеров.

8. Правка

это технологическая операция, в
процессе которой местными
пластическими деформациями
видоизменяется начальная форма листа,
заготовки или изделия
может осуществляться:
– перед резкой
– после сварки

9. Правку

Правку металлоконструкций или их
отдельных элементов допускается
проводить :
• механическим путем (холодный метод),
• термическим способом (тепловой
безударный)
• термомеханическим способом
(комбинированный)
– (одновременно используя нагрев и
механическое воздействие)

• Механические способы – они
основаны на создании пластических
деформаций удлинения в холодном
состоянии с целью исправления
пластических деформаций укорочения
или изгиба, вызванных сваркой
(холодная правка).

12. Холодный метод правки

выполняют одним из перечисленных
способов:
• изгибом конструкций на прессе;
• растяжением сварных конструкций на
правильно-растяжных машинах;
• прокаткой сварных соединений в
листоправильных машинах;
• прокаткой зоны сварных соединений в
специальных установках и листогибочных
вальцах;
• проколачиванием зоны сварных соединений.

14. Холодную правку применяют

• при толщине заготовок менее 7…8 мм.
• применяют
– гибку, растяжение, осаживание
металла по толщине под прессом,
– прокатку, проковку. (в пределах шва
и околошовной зоны)

• В результате применения холодной
правки размеры и конфигурация
изделия доводятся до заданных
проектных значений.
• Необходимо учитывать, что чрезмерная
деформация при рихтовке изделия может
вызвать появление трещин в шве и
околошовной зоне, что для конструкции
недопустимо.

16. При тепловом безударном методе

правку конструкций осуществляют
нагревом их
– газовыми горелками,
– плазменной струей или
– электрической дугой
с последующим охлаждением.

17. Комбинированный метод правки конструкций

• предусматривает местный нагрев
одним из способов, изложенных выше,
с применением механического
поджатия или закрепления с помощью
талрепов, скоб, стяжек, домкратов,
грузов и т. п.

18. Приемы правки металла вручную и на оборудовании

19. Термические способы – горячая правка.

• основана на создании пластических
деформаций конструкции – в горячем
состоянии при электрическом или
газовом нагреве.
• этим способом можно устранить
искривление толстостенных сварных
элементов, а также выпучины в
листовых конструкциях

20. Горячая правка

• При этом способе правки металл
нагревают пятнами или участками,
чем вызывают пластические
деформации укорочения – сжатия.
– Углеродистые стали обычно нагревают
пламенем до 600. 800°С.

• Необходимо стремиться к
кратковременному и
концентрированному нагреву, чтобы
соседние зоны оставались не
нагретыми и сопротивлялись
расширению нагретого металла.
• О результатах правки можно судить
лишь после полного остывания
конструкции.

• Листовые элементы иногда после
нагрева осаживают молотом на
плоскости. Так как нагретый металл
имеет низкий предел текучести (он
пластичен), то он легко осаживается, и
в нем при этом возникают пластические
деформации укорочения.

Схемы правки плоской заготовки
с серповидным прогибом (а) и выпучиной (б):
1. 31 — места нанесения ударов;
I. VII — зоны нагрева

Местной газопламенной термической
обработкой может осуществляться
1) поверхностная закалка деталей;
2) местный отжиг, нормализация, отпуск для
улучшения структуры и свойств металла (в
частности, сварных соединений) и
возможности последующей механической
обработки;
3) местный отпуск, нагрев для снятия и
перераспределения внутренних напряжений,
в частности в сварных конструкциях;
4) поверхностная очистка листов и конструкций,
собранных под сварку.
5) правка изделий

26. Местной газопламенной термической обработкой может осуществляться

Газопламенная правка
• изменении линейных размеров и
формы в результате возникновения
локализованных пластических
деформаций, вызываемых местным
нагревом металла, свободные
деформации которого ограничены
окружающими, достаточно жесткими
областями холодного металла.

27. Газопламенная правка

Основные параметры правки
(величина пластических деформации)
• температура нагрева,
• расположение, площадь и форма зоны
нагрева ,
• интенсивность нагрева.
• учет конструктивных особенностей
• подбираются (примерно расчетом,
предварительными экспериментами и
накопленным опытом)

28. Основные параметры правки (величина пластических деформации)

37. Местный нагрев пламенем сварочной горелки

Схемы термической правки
балок таврового сечения
нагревом верхней части
вертикальной стенки (а),
нагревом пояса (б)
и нагревом вертикальной стенки
и пояса (в):
1 — места деформации балок;
f, f1, f2 — стрелы прогиба
деформированных балок

Термическая обработка и правка изделий после сварки

Она основана на развитии пластического деформирования сжатием растянутых участков конструкции. При правке этим методом обычно нагревают растянутую часть деформированной детали. Нагрев производят в отдельных участках (рис. 12). При этом расширению металла препятствуют окружающие его холодные части детали. В этих участках металл испытывает пластическую деформацию сжатия и укорочения растянутых волокон металла. При последующем охлаждении эти участки, сокращаясь, выпрямляют изделие. Термическую правку применяют в основном для устранения деформаций коробления листовых конструкций и ликвидации изгиба балочных конструкций. При правке выпучин листовых деталей нагревают выпуклую часть в отдельных точках в шахматном порядке. Каждый нагретый участок стремится расшириться, но за счет противодействия со стороны окружающего холодного металла в нем возникают пластические деформации сжатия.

Рис. 12. Правка местным нагревом: а – по ребру, б – по плоскости

После охлаждения диаметр нагреваемой окружности уменьшается, что и приводит к исчезновению выпучины. Нагрев можно производить газовой горелкой, электрической дугой, угольным электродом, на машинах для точечной сварки.

Правка убыстряется при сочетании местного нагрева с приложением статических нагрузок при использовании специальных правочных приспособлений.

Схемы правки определённых конструкций представлены в прил. 2.

2. Термическая правка с общим нагревом (отжиг)

Её производят также в специальных правочных приспособлениях, в которых конструкция фиксируется в нужном положении с предварительным натягом в жёстком приспособлении (рис. 13). Затем приспособление с изделием загружается в печь и подвергается общему нагреву. Нагретый металл пластически деформируется в приспособлении и при последующем охлаждении сохраняет приданную ему форму. Такую правку можно сочетать с операцией общей термической обработки конструкции. Режимы термообработки для сталей приведены в таблице прил. 3. Однако этот метод требует применения дорогостоящих приспособлений из дефицитных материалов, поэтому применяется, как правило, в тех случаях, когда изделие сварено из высокопрочного материала, избавиться от деформаций очень трудно.

Рис. 13. Схема жёсткого

3. Холодная механическая правка

Её производят с приложением статических, безударных нагрузок. Для этой же цели используют ручные прессы, специальные правочные приспособления, стальные пуансоны для обжатия на механизированных прессах, а также прокатку на трехвалковых станах или растяжение на специальных станках (рис. 14). Для правки крупногабаритных сварных узлов применяют гидравлические правильные прессы и специализированные правильные машины. Так, грибовидность сварных двутавровых балок (рис. 1, д) – деформацию полок, образующуюся вследствие усадки сварных швов, выправляют на специализированной машине по схеме, приведенной на рис. 14, а. Ролики служат для подачи балки в процессе правки, нажимной ролик 2 совершает возвратно-поступательное движение.

Рис. 14. Схемы механической правки сварных двутавровых балок (а)

и цилиндрических оболочек (б)

Сварные цилиндрические оболочки правят на трёх и четырёхвалковых листогибочных машинах (рис. 14, б).

Для тонкостенных сосудов применяют прокатку и проковку сварных швов на специализированных станках. Прокатка осуществляется роликами, а проковка – высокоскоростным ударным пневматическим устройством. При этом металл шва осаживается по толщине, в результате чего происходит его раздача в продольном и поперечном направлениях. Это приводит к небольшому устранению поперечной усадки и существенному или полном устранению продольных деформаций укорочения зоны сварки (рис. 15). Таким же образом удается устранять выпучины в листовых деталях, производя проковку с краев детали и перемещаясь к ее центру.

Рис. 15. Устранение угловых деформаций прокаткой и проковкой

Термомеханическая правка

Она заключается в сочетании местного нагрева с приложением статической нагрузки, изгибающей исправляемый элемент конструкции в нужном направлении. Эта нагрузка может создаваться домкратами, прессами или другими устройствами (рис. 14). Применение дополнительного нагрева способствует снижению усилий, необходимых для устранения деформаций. Такой способ правки обычно применяют для жёстких сварных узлов.

Рис. 14. Термомеханическая правка сварного фундамента с применением домкрата (цифра-ми показана последовательность мест нагрева): 1 – опоры; 2 – места нагрева; 3 – домкрат

Методы правки и требования, предъявляемые к ней

Методы правки. Правку корпусных конструкций выполняют холодным, тепловым безударным и комбинированным методами.

Холодный метод правки конструкций выполняют одним из перечисленных способов:

изгибом конструкций на прессе;
растяжением сварных конструкций на правильно-растяжных машинах;
прокаткой сварных соединений конструкций (полотнищ, обечаек, труб и т. п.) в листоправильных машинах;
прокаткой зоны сварных соединений конструкции в специальных установках и листогибочных вальцах;
проколачиванием зоны сварных соединений конструкций.

При тепловом безударном методе правку конструкций осуществляют путем нагрева пламенем газовых горелок, теплом плазменной струи или электрической дуги с последующим охлаждением.

В качестве горючих газов используют ацетилен или его заменители (пропан-бутан, природный газ и др.). При этом допускается применение многосопловых горелок.

Комбинированный метод правки конструкций предусматривает местный нагрев и применение механического поджатия или раскрепления при помощи:

талрепов;
скоб;
стяжек;
домкратов;
грузов и т. п.

Домики по стыковым сварным соединениям следует устранять в результате строжки сварного шва по выпуклой стороне домика на глубину до двух третей его высоты с последующей заваркой выстроганных участков. Если стрелка прогиба домиков превышает значения трех допусков, до деформации необходимо устранять путем роспуска этих соединений с последующими разделкой кромок, выравниванием, стыкованием и заваркой. Для конструкций из алюминиевых сплавов сварные соединения допускается распускать при значении стрелки прогиба уже более двух допусков.

Считается допустимым исправлять:

бухтины со стрелкой прогиба, превышающей значения трех допусков, для чего производят надрез по центру бухтины с последующими разделкой кромок, выравниванием и заваркой разрезанного участка. Перед резкой бухтины в начале и конце участка должны быть просверлены отверстия диаметром 3—6 мм;
единичные бухтины по свободным кромкам (волнистость) на алюминиевых конструкциях со стрелкой прогиба более двух допусков (на длине не более 0,5 м) в результате надреза их дисковой пилой с последующими разделкой кромок, выравниванием и заваркой;
бухтиноватость обшивки, для чего устанавливают дополнительные подкрепляющие рёбра жесткости, толщина которых не должна превышать 0,6—0,8 от толщины подкрепляемой обшивки, а высота — 8—10 толщины ребра. В одной ячейке обшивки можно устанавливать не более одного дополнительного ребра жесткости. При этом ребра не должны достигать перекрестного набора на 10—15 мм. Концы ребер жесткости следует срезать на «ус» (рис. 1).

Правка корпусных конструкций должна производиться только в тех случаях, когда общие и местные деформации, возникающие в процессе их изготовления, превышают допустимые значения, регламентируемые чертежом и отраслевыми стандартами.

Общие требования правки

Правка узлов и конструкций состоит либо в удлинении волокон сварных соединений, получивших пластические деформации укорачивания, либо в сокращении волокон других участков, имеющих излишнюю длину.

Удлинение волокон материала производят холодным методом, или методом тепловых домкратов, а укорочение волокон — тепловым безударным методом посредством концентрированного нагрева или комбинированным методом путем местного концентрированного нагрева и механического воздействия.

Рис. 1 Форма концов дополнительных ребер жесткости: а — на конструкциях из алюминиевых сплавов; б — на стальных конструкциях

Правку узлов и секций следует выполнять после окончания всех сборочно-сварочных работ. Участки конструкций в районе установки насыщения, оборудования, фундаментов и вышележащих конструкций должны быть выправлены до установки последних.

Правку гофрированных конструкций осуществляют методами, принятыми для плоских секций. При этом важно, чтобы количество нагреваемых участков конструкции было минимальным, снижающим деформации до допускаемых значений.

Требования к правке холодным методом. Сварные плоские полотнища без набора правят на правильно-растяжных машинах или в многовалковых листоправильных машинах и в исключительных случаях на гидравлических прессах. Перед правкой нужно очистить рабочую поверхность валков от металлической пыли, окалины, грязи и масла. Валки не должны иметь выступающих «гребешков» и других дефектов.

Во избежание смятия сварных швов необходимо применять прокладки.

Сварные полотна могут быть также выправлены проколачиванием зоны сварных соединений пневматическим молотком со специальным зубилом или кувалдой через гладильный молоток (рис. 2 и 3).

Рис. 2 Рабочая часть зубила для проколачивания сварных швов стыковых (а) и тавровых (б) соединений

Правку конструкций (балок и секций) пластическим изгибом холодным методом следует производить на прессах, домкратами или грузами (рис. 4).

Рис. 3 Рабочая часть гладильного молотка

Режим правки конструкций холодным методом регламентирован отраслевыми стандартами. Ширина зоны прокатки или проколачивания сварных соединений при правке корпусных конструкций должна составлять 60—100 мм (по 30—50 мм с каждой стороны сварного соединения). Допустимые размеры конструкций (сечение балок, высота набора и ширина секций), подвергаемых правке пластическим изгибом холодным методом, определяются максимально возможным усилием Р, создаваемым прессом, домкратами или грузом, а также устойчивостью элементов балок и набора секций. Ширина опор и прокладки В должна быть не меньше высоты набора Н секции или узла.

Рис. 4 Схема правки холодным методом секций с набором одного направления. 1 — пуансон; 2 — опорные балки; 3 — секция

При правке тепловым безударным и комбинированным методами нагрев рекомендуется производить:

штрихами (короткими полосами) — при правке бухтин обшивки и волнистости по свободным кромкам;
полосами по обшивке с обратной стороны приварки набора — при правке ребристости;
«треугольниками» — при правке общего изгиба балок; «пятнами» — при правке бухтин обшивки тонколистовых конструкций (толщиной 4 мм и менее).

При нагреве исправляемых участков теплом электрической дуги правка осуществляется путем наплавки холостых валиков или в результате нагрева поверхности конструкции холостыми проходами. Кратеры должны быть тщательно заделаны.

В случае нагрева конструкций пламенем газовых горелок, плазменной струей, а также электрической дугой перемещение источника тепла производится прямолинейно или зигзагообразно с постоянной скоростью.

Правка листового металла. Назначение правки листового металла.

Листовой и сортовой прокат, поступающий в работу обыкновенно бывает недостаточно выправлен, поэтому почти весь металл прежде чем пустить в производство подвергают правке. Правка делает металл ровным и правильной формы, что позволяет правильно проводить последующие операции.

Степень точности и необходимость правки зависит от технических требований к конструкции и технологических требований к этой операции в связи с последующими операциями. Так правка перед разметкой заготовки для цельноштампованного или лепесткового днища в большинстве случаев не требуется; точность правки под строгание гораздо выше, чем точность под резку газом вручную и т. д.

Всякое искривление металла объясняется тем, что часть волокон его становится короче других. Отсюда процесс правки — уравнивание длин волокон путем сжатия удлиненных или удлинения коротких. Практически процесс правки — это растяжение, так как выполнить его гораздо легче, чем сжать волокна.

В большинстве случаев растяжение волокон выпрямляемых деталей производят следующими способами:

ударами кувалды по металлу, лежащему на плите;

изгибом металла.

Наклеп металла — это.

При правке в металле образуется состояние наклепа, это означает, что металл становится более твердым, менее пластичным и хрупким. При правке металла способом изгиба по большей части явление наклепа не обнаруживается, помимо сильного изгиба.

При правке металла ударами кувалд качество металла ухудшается вследствие появления местных вмятин и забоин. Поэтому этот способ нужно применять только в случае правки неответственных деталей или производить его с помощью гладилок или подкладных листов.

Способы правки металла. Правка металла нагревом.

Правку металла осуществляют как в горячем, так и в холодном состояниях. Правка в холодном состоянии является обычной, в горячем состоянии правка применяется в случае сильной изогнутости или при отсутствии оборудования, дающего необходимую точность или необходимую мощность. Горячую правку необходимо производить в интервале температур 1150°—800° С (для сталей, содержащих углерод до 0,3%). Температура выше максимальных показателей может вызвать изменение структуры металла и пережог. Правка при температуре ниже 800°С в мягкой стали может вызвать наклеп, а в твердой — могут образоваться трещины.

Температурные интервалы, при которых необходимо производить правку, зависят от содержания углерода и других примесей в стали. Нагрев металла в зависимости от вида, размеров и веса за готовки может быть произведен в горнах и печах. Местный нагрев может быть осуществлен газовой горелкой.

Технология выполнения основных операций сборки и сварки металлоконструкций. Напряжения и деформации при сварке и их устранение.

В процессе сварки под действием неравномерного нагрева основного металла, усадки металла шва и структурных изменений в конструкциях возникают внутренние напряжения, вызывающие их деформации. Внутренние напряжения часто вызывают коробление конструкций, создают выпучины, искривления, а в листовых конструкциях вызывают волнистость листов. Так, усадка металла шва приводит к возникновению растягивающих напряжений в соседних участках конструкции. Усадку измеряют в процентах от первоначального линейного размера, и для различных металлов она различна: малоуглеродистая сталь 2,0; серый чугун 0,7 —0,8; алюминий 1,7 —1,8; медь 2,1; латунь 2,06; бронза 1,45 —1,6.

Возникающие при сварке деформации в значительной степени изучены и могут быть предотвращены или уменьшены путем соблюдения определенных требований.

Эти требования, в основном, заключаются в следующем:

для создания взаимно уравновешенных деформаций при сварке необходимо применять двухстороннюю сварку, Х - образную разделку кромок и автоматическую сварку под флюсом без скоса кромок;
при сварке необходимо закреплять свариваемые элементы путем прихватки либо прижимными устройствами;
в некоторых случаях конструкции необходимо сваривать с предварительной деформацией, обратной по знаку сварочным деформациям, либо установкой конструкций в свободном состоянии под углом с целью создания противодействующего момента;
сварку элементов необходимо вести на оптимальных режимах, обеспечивающих быструю и высокую концентрацию тепла;
усиленно охлаждать сварное соединение — медные подкладки, водяное охлаждение и т. п.;
при заполнении разделки длинными участками каждый предыдущий слой до наложения последующего успевает значительно охлаждаться, что приводит к появлению деформаций. Применение метода обратноступенчатой сварки при выполнении швов большой протяженности способствует более равномерному распределению напряжений, сокращению деформаций вследствие создания равномерного остывания заваренных участков и уменьшения температурного перепада между участками;
для уменьшения концентрации напряжений необходимо избегать перекрещивающихся швов и сварных соединений с накладками;
необходимо соблюдать определенную последовательность наложения швов и направления сварки, влияющих на характер и величину деформаций элементов и коробления всей конструкции.

Сварку необходимо выполнять в такой последовательности, чтобы соединение, определяющее базовый размер, сваривалось последним. При этом все неточности, вызванные предыдущими операциями сварки, компенсируются в последнем соединении, которое обычно делается внахлестку. Этот способ широко применяют при изготовлении опор, рам, стрел и пр.

Стыковые швы, дающие большую усадку, следует варить первыми, а затем уже валиковые швы. Ребра жесткости и косынки, увеличивающие жесткость конструкции, рекомендуется варить по возможности в последнюю очередь.

Сборка конструкций из сталей, не чувствительных к термическому воздействию, осуществляется на прихватках, которые не вырубаются перед сваркой. Если сталь чувствительна к термическому воздействию, то сварка на прихватках запрещается. Выполняют прихватки электродами того же типа, что и сварку данного изделия. Сечение шва прихватки не должно превышать одной трети сечения шва (максимальное сечение шва - прихватки должно быть не более 25 —30 мм2). Длину прихватки обычно берут в пределах 20 —120 мм, расстояние между ними 500 —800 мм. Прихватки рекомендуется накладывать со стороны, обратной наложению первого слоя основного шва. Порядок наложения прихваток регламентируется техническими условиями. При получении после сварки деформированных конструкций и деталей допускается применять различные специальные способы ручной, механической и термической правки.

В практике заводов деформированные металлоконструкции выправляют с помощью струбцин, винтовых домкратов и местным тепловым воздействием.

Правка местным нагревом доступна любому предприятию, но она требует исполнителей высокой квалификации и соответствующего навыка. При местном нагреве металл, расширяясь, встречает противодействие окружающих его холодных участков, вследствие этого в нагретых участках металла возникают пластические деформации сжатия. При охлаждении в результате усадки металла линейные размеры нагретого участка уменьшаются и возникающие силы растяжения выпрямляют деформированный участок. Это явление и используют для правки деформированных сварных соединений.

Металл нагревают газовым пламенем или угольным электродом до пластического состояния. Нагревать металл следует с выпуклой стороны и правку необходимо производить последовательно путем нескольких нагревов, причем не следует нагревать одно и то же место дважды. Правка нагревом считается правильной, если после первого нагрева деформация уменьшилась в 2 раза. В том случае, когда действия одних сил растяжения для устранения деформаций недостаточны, их усиливают наложением дополнительных технологических грузов. После этого нагревают и оставляют конструкцию под действием нагрузки до полного охлаждения. Иногда после нагрева усиленно охлаждают водой или сжатым воздухом и применяют быструю проковку нагретых участков молотком. Прогибы в деталях из труб правят нагревом по образующей трубы вдоль ее максимальной выпуклости. Ширина площади нагрева берется 0,1 —0,3 диаметра трубы.

Прогибы в деталях из профильного проката, балочные и рамные конструкции правят несимметричным нагревом. При этом возникает изгибающий момент, под действием которого элемент выправляется. Полосы нагрева накладываются в виде «клиньев» так, чтобы основание их совпало с участком наибольшей выпуклости, Нагрев необходимо начинать с вершины клина.

Правка сварных изделий

Читайте также: