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;

– 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.