td21 (1) (Лекции в формате Word), страница 4

1) При проектировании конструкции общие рекомендации включают выбор способов сварки с минимальным тепловложением, переход на многослойную сварку, уменьшение длины и катета швов, их расположение на жестких элементах и симметричное расположение, обеспечивающее компенсацию действия отдельных швов.

2) При разработке технологии рекомендуется такая последовательность сборочно-сварочных операций, при которой на каждом этапе обеспечивается максимальная жесткость конструкции (лучше всего полная сборка, а затем сварка). При невозможности полной сборки следует обеспечить возможность промежуточной правки сваренных частей. Зажимные приспособления также служат для увеличения жесткости, для жестких конструкций они неэффективны. Приспособления изменяют временные деформации и напряжения и слабо влияют на остаточные, поэтому выдержка сваренной конструкции в приспособлении до полного остывания малоэффективна.

3) Форму и размеры заготовок целесообразно изменять с учетом ожидаемой усадки, так, чтобы они принимали проектную форму после завершения сварки. Тот же эффект может дать создание в заготовках деформаций противоположного знака. Создание в зоне укладки шва продольных растягивающих напряжений уменьшает усадочную силу. В процессе сварки можно регулировать напряжения и деформации с помощью сопутствующего нагрева и охлаждения зон вблизи сварочного источника, а также прокаткой шва роликом, движущимся вслед за дугой.

4) Правка после сварки применяется в тех случаях, когда предотвратить нежелательные деформации вышеперечисленными мерами не удалось. Правка сварочных деформаций происходит за счет создания в конструкции пластических деформаций противоположного знака. При этом в процессе правки возможны дополнительные нежелательные деформации, а также разрушение конструкции.

Одним из методов правки листовых конструкций является прокатка зоны шва роликами. За счет сжатия по толщине происходит расширение металла в плоскости пластины, при этом можно устранить последствия продольной и поперечной усадки (как деформации, так и напряжения). Эксперименты показывают, что 70% объема от сжатия идет на расширение пластины в направлении прокатки и 30% - в поперечном направлении. Для устранения напряжений, близких к пределу текучести требуется небольшая деформация сжатия (менее 0,5%). Диаметр ролика d должен не менее чем в15 раз превосходить толщину листа s во избежание наклепа и неравномерности деформации. В зависимости от усилия сжатия роликов, можно получить любое изменение остаточного напряжения σ_нач, в том числе создать напряжение σ_кон противоположного знака. Требуемое усилие P можно рассчитать по формуле

. (66)

Из формулы ясно, что требуемое усилие можно уменьшить, если выбрать ролик небольшой ширины (от 5 до 15 мм) и прокатывать зону шва за несколько приемов. Прокатки требует активная зона, в которой при сварке возникли растягивающие остаточные напряжения. Для эффективной правки необходимо определить расчетным или экспериментальным путем уровень этих напряжений и ширину активной зоны. Если остаточные напряжения σ_нач ≈ σ_т, то для их полного снятия σ_кон ≈ 0

. (67)

Найденное усилие необходимо уточнять на основе пробной правки конкретных изделий.

Кроме прокатки, аналогичный результат дает проковка, но при этом возникает наклеп на поверхности листа. Проковка ультразвуковым ударным инструментом позволяет резко уменьшить усилие и расход энергии, так как во время действия ультразвуковых колебаний снижается предел текучести материала.

Термическая правка местным нагревом приводит к сокращению листа в зоне правки. Эффект может быть оценен уменьшением площади или длины листа от каждого нагрева. Нагрев должен быть быстрым и концентрированным, в этом случае нагретый металл оказывается в замкнутом контуре холодного металла и испытывает пластические деформации укорочения. Результат правки выясняется только после полного остывания.

Отпуск ведет к снижению остаточных напряжений, но не обеспечивает правки, т. к. упругие деформации при отпуске переходят в пластические, а форма конструкции при этом не изменяется. Для правки отпуск производят вместе с зажимным приспособлением, в котором перед отпуском конструкции придают нужную форму. Это форма сохраняется после отпуска и освобождения из зажимного приспособления.

Степень снятия напряжений при отпуске зависит от температуры и, в меньшей степени, от времени выдержки. Основная часть процесса протекает уже на стадии нагрева. Температура, обеспечивающая снижение напряжений до 10-20% от предела текучести составляет для конструкционных сталей и титановых сплавов около 600 °С, для аустенитных сталей около 1000 °С, для алюминиевых и магниевых сплавов около 300 °С. Охлаждение после отпуска должно быть достаточно медленным (особенно для толстых деталей), чтобы не создать новые остаточные напряжения. Отпуск не применяют для биметалла (при различных коэффициентах линейного расширения), например для перлитной стали с аустенитным швом.