Конструктивные способы уменьшения деформаций и внутренних напряжений

1. Минимальное количество сварных швов, их катеты не должны превышать 16 мм - для уменьшения тепловложения в конструкцию.

2. Симметричность расположения швов для уравновешивания деформаций.

3. Обеспечивать размерами чертежа минимальные зазоры в местах сварки, т. е. не превышающие требования соответствующего ГОСТа на сварные швы.

4. Симметричное расположение ребер и минимальное их количество.

5. Учитывать в сопряжениях деталей возможность конструктивной свободной усадки сварного шва при остывании без жестких заделок.

6. Не допускать перекрещивающихся швов, особо в ответственных конструкциях.

7. Для большеобъемных ответственных конструкций стыковые соединения надежней и технологичней выполнять нахлесточными, например, резервуары для хранения нефтепродуктов - с нахлесточными стыковыми соединениями в горизонтальных плоскостях.

8. Избегать в конструкциях сварных швов, неудобных для выполнения (потолочных, вертикальных).

Все перечисленные способы достаточно действенны и результативны, поэтому нужно их помнить при решении вопросов качества ответственных конструкций и грамотно ими пользоваться. Габаритные, а также жесткие ответственные конструкции не допускают ошибок, так как не поддаются правке, исправлению.

Деформированные сварные узлы обычно подвергают механической правке молотком, кувалдой, прессом.

Уменьшение деформации

Конструктивные способы уменьшения деформаций и внутренних напряжений

К данным способам относится: достижение минимального количества сварных швов, достижение симметричности расположения швов, минимальные зазоры в местах сварки, симметричное расположение ребер.

Рубрики:  конструкции,  уменьшение деформации,  швы

Технологические способы уменьшения деформаций и внутренних напряжений

К данным способам относится: достижение минимальной погонной энергии, симметричное распределение тепловложения от сварки, правильная последовательность наложения швов, достижение минимального количества прихваток.

Технологические способы уменьшения деформаций и внутренних напряжений

1. Минимальная погонная энергия, т.е. высокая скорость сварки при минимальном поперечном сечении шва.

2. Равномерное, малыми дозами, симметричное распределение тепловложения от сварки, с указанием последовательности и направления наложения швов, их протяженности и сечения, применяя и встречное направление второго слоя (прохода) шва.

3. Обоснованные режимы сварки и правильная последовательность наложения швов.

4. Минимальное количество прихваток и малое их сечение.

5. Предварительное взаимное расположение деталей с учетом будущей деформации, а также предварительные прогибы, которые исчезнут от деформации после сварки.

6. Предварительное закрепление деталей перед сваркой; хотя после сварки, охлаждения в зажатом состоянии и раскрепления обязательно имеются остаточные деформации, но очень небольшой величины, по сравнению со свободным охлаждением после сварки.

7. Проковка швов в холодном (либо горячем) состоянии. Этот прием значительно снимает внутренние напряжения и повышает надежность конструкции.

8. Местный подогрев, предварительный подогрев в печи, отжиг, нормализация. Чаще применяют один из перечисленных методов термического влияния.

9. Применение гнутых профилей.

Все перечисленные способы достаточно действенны и результативны, поэтому нужно их помнить при решении вопросов качества ответственных конструкций и грамотно ими пользоваться. Габаритные, а также жесткие ответственные конструкции не допускают ошибок, так как не поддаются правке, исправлению.

Деформированные сварные узлы обычно подвергают механической правке молотком, кувалдой, прессом.

Внутреннее напряжение

Технологические способы уменьшения деформаций и внутренних напряжений

К данным способам относится: достижение минимальной погонной энергии, симметричное распределение тепловложения от сварки, правильная последовательность наложения швов, достижение минимального количества прихваток.

Деформация

Сварочные деформации и напряжения. Часть 2

Чем менее пластичный металл, чем меньше его теплопроводность, тем больше он подвергается деформации, так как зона нагрева становится (по тепловложению) точечной, т. е. неравномерной, без достаточного теплоотвода. Например, для изделий одинаковой конструкции у изготовленного из хромоникелевой стали (типа Х18Н9) величины деформаций и внутренних напряжений будут очень большими, больше, чем из низкоуглеродистой, а у произведенного из меди - их, как правило, не бывает.

Рубрики:  деформация,  напряжение,  сварочные деформации

Технологические способы уменьшения деформаций и внутренних напряжений

К данным способам относится: достижение минимальной погонной энергии, симметричное распределение тепловложения от сварки, правильная последовательность наложения швов, достижение минимального количества прихваток.

Уменьшение деформации

Конструктивные способы уменьшения деформаций и внутренних напряжений

К данным способам относится: достижение минимального количества сварных швов, достижение симметричности расположения швов, минимальные зазоры в местах сварки, симметричное расположение ребер.

Рубрики:  конструкции,  уменьшение деформации,  швы

Технологические способы уменьшения деформаций и внутренних напряжений

К данным способам относится: достижение минимальной погонной энергии, симметричное распределение тепловложения от сварки, правильная последовательность наложения швов, достижение минимального количества прихваток.

Сварочные деформации и напряжения. Часть 2

Чем менее пластичный металл, чем меньше его теплопроводность, тем больше он подвергается деформации, так как зона нагрева становится (по тепловложению) точечной, т. е. неравномерной, без достаточного теплоотвода. Например, для изделий одинаковой конструкции у изготовленного из хромоникелевой стали (типа Х18Н9) величины деформаций и внутренних напряжений будут очень большими, больше, чем из низкоуглеродистой, а у произведенного из меди - их, как правило, не бывает.

Уменьшение деформации

Конструктивные способы уменьшения деформаций и внутренних напряжений

К данным способам относится: достижение минимального количества сварных швов, достижение симметричности расположения швов, минимальные зазоры в местах сварки, симметричное расположение ребер.

Рубрики:  конструкции,  уменьшение деформации,  швы

Технологические способы уменьшения деформаций и внутренних напряжений

К данным способам относится: достижение минимальной погонной энергии, симметричное распределение тепловложения от сварки, правильная последовательность наложения швов, достижение минимального количества прихваток.

Сварочные деформации и напряжения. Часть 1

К пониманию и учету деформаций и внутренних напряжений в конструкциях после сварки нужно подходить очень серьезно, так как они могут приводить к неприятным последствиям.

Конструкции после деформации иногда не поддаются исправлению, а при неправильных схемах и режимах сварки внутренние напряжения способны локально разрушать сварные швы или металл в околошовной зоне, если не произошла деформация и отсутствует возможность релаксации внутренних напряжений. Автору приходилось сталкиваться с разрывом стыков труб большого диаметра и стыков листовых конструкций. Поэтому очень важен грамотный подход к разработке технологического процесса.

Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием силы. Деформации подразделяются на упругие и пластические.

Упругие деформации имеют место, когда после прекращения действия силы форма и размер тела восстанавливается. Упругая деформация по величине небольшая, для малоуглеродистой стали - это любое усилие, вызывающее относительное удлинение не более 0,2%, и находится ниже предела текучести металла (точки начала текучести).

Пластическая деформация происходит при величине силы, превышающей предел упругости и текучести металла. После прекращения действия силы тело не восстанавливает форму и размеры. Она еще называется остаточной деформацией.

К деформациям после сварки приводят внутренние напряжения в сварном узле.

Внутренние напряжения - это напряжения, существующие в теле при отсутствии внешних сил. Они бывают различного характера действия: растяжения, сжатия и др. Между деформацией и напряжением существует определенная связь, т. е. чем больше величина пластической деформации, тем меньше в теле внутренние напряжения. Внутренние напряжения возникают в теле (детали) при невозможности свободной деформации нагреваемой детали. Основными причинами возникновения напряжений и деформаций при сварке являются: неравномерный нагрев основного металла, большая величина погонной энергии, когда скорость сварки низкая, а сечение шва относительно большое, литейная усадка и, особенно, структурные изменения металла шва и околошовной зоны.

Неравномерный нагрев приводит к деформации, или внутренним напряжениям, следующим образом. Если нагреть небольшой участок стального листа, то при нагревании металл начнет расширяться в зоне нагрева, но этому расширению будут препятствовать менее нагретые части листа вокруг зоны нагрева. В результате возникновения этих внутренних напряжений лист в зоне нагрева либо потеряет устойчивость и начнет деформироваться, если относительно тонкий, либо создаст в себе внутренние напряжения. Они после сварки могут быть настолько большими, что вызовут разрушение шва или металла конструкции.

Усадка металла - уменьшение объема стали при переходе из жидкого состояния в твердое. Чугуны при таком переходе несколько увеличивают свои размеры, этим свойством они схожи с водой при замерзании.

Усадка швов при сварке вызывает в них продольные и поперечные силы после охлаждения.

Структурные изменения состоят в том, что происходит изменение размера кристаллической решетки стали и взаимного расположения кристаллов, которое сопровождается изменением объемов тела. В некоторых марках стали размер кристаллической решетки уменьшается, например, с 2,8 Е до 2,6 Е (Е - ангстрем - одна десятимиллионная доля миллиметра), в которых после нагрева кристаллы приходят в прежнее состояние. Но в некоторых сталях размер кристаллической решетки после трех-четырехкратного нагрева возрастает с 2,8 Е до 3,6 Е безвозвратно, и сталь себя распирает в более слабой зоне, образуя трещину. К такой стали относится сталь 30 ХГСА и др. Они характеризуются боязнью термического удара, т. е. многократного нагрева.

Внутренние напряжения бывают и от неудачного конструктивного сочетания свариваемых элементов, т. е. от нетехнологичности сварного узла. При этом затвердевающий металл шва уже прочно связан с основным металлом, а усадка шва встречает сильное препятствие, и если шов не разорвет внутренними напряжениями от усадки, то внутренние напряжения останутся в сварном узле постоянно действующей незримой силой, до приложения внешних (рабочих) нагрузок.

Напряженное состояние малопластичных материалов способствует образованию трещин в сварном шве или основном металле.

Внутренние напряжения от сварки вызывают коробление сварных конструкций.

Сварочные деформации и напряжения. Часть 2

Чем менее пластичный металл, чем меньше его теплопроводность, тем больше он подвергается деформации, так как зона нагрева становится (по тепловложению) точечной, т. е. неравномерной, без достаточного теплоотвода. Например, для изделий одинаковой конструкции у изготовленного из хромоникелевой стали (типа Х18Н9) величины деформаций и внутренних напряжений будут очень большими, больше, чем из низкоуглеродистой, а у произведенного из меди - их, как правило, не бывает.

Изменение размеров и объема кристаллической решетки металла от температуры всегда порождает внутренние напряжения в нем. Если олово длительное время будет находиться на двадцатиградусном морозе, то оно начнет самопроизвольно растрескиваться.

Механизм образования деформаций и внутренних напряжений в металле для конкретных сварных узлов достаточно сложный и не поддается расчету, даже приближенному к реальному результату, по причине влияния очень многих нестабильных факторов. Это задача со многими неизвестными и меняющимися во времени. Поэтому в прочностных расчетах зависимости сварных конструкций от внешних (рабочих) нагрузок величины сварочных напряжений в них не учитывают, но проектируют сопряжения, соединения отдельных элементов таким образом, чтобы эти напряжения свести до минимума. Причем принимаются во внимание основные сведения о поведении сварных швов.

Например, особенно большие и опасные сварочные напряжения возникают при сварке литых деталей, закрепленных от свободных перемещений поперек стыка: шов и детали стремятся сократиться, а концы их защемлены, в деталях возникают значительные растягивающие напряжения, способные привести к разрыву.

В угловых швах величина поперечных сварочных напряжений (от неодновременности застывания металла шва по сечению) тоже велика, но резко уменьшается при многослойной сварке.

Усадка швов (продольная и поперечная) происходит всегда "на себя" - к центру шва. Величина поперечной усадки примерно в 10 раз больше продольной.

При соединении внахлестку, если расстояние между швами будет меньше пяти толщин наиболее тонкого листа, то податливость листков между швами становится настолько малой, что в шве может образоваться трещина.

Есть много конструктивных и технологических способов уменьшения деформаций и внутренних напряжений, так как невозможно избежать их полностью.