Конспект (часть 4) (Конспект лекций 4302), страница 5

Отпуск сварных конструкций применяют для изменения струк­туры и свойств металла и снижения остаточных напряжений. При­менение отпуска для снижения остаточных напряжений целесо­образно, если

предъявляются повышенные требования к прочности сварной конструкции и точности ее размеров при последующей эксплуатации. Кроме того, иногда целесообразно восстановить пластические свойства в

зонах, где концентрировались пластиче­ские деформаций при сварке, а также повысить

сопротивляемость хрупким разрушениям. В

остальных случаях применение отпуска

не рекомендуется из-за удорожания стоимости производства кон­струкций.

Различают общий отпуск, когда равномерно нагревают изделие целиком; местный — нагревают лишь часть конструк­ции в зоне сварного соединения; поэтапный — источник нагрева движется вдоль конструкции, например трубы или обо­лочки, и последовательно нагревает ее участки; поэлемент­ный — термической обработке подвергают узлы сварной конструк­ции, а затем сваривают их между собой. Основное достоинство

отпуска как метода сни­жения остаточных на­пряжений в том, что он не вызывает пластиче­ских деформаций, кото­рые бы уменьшали пла­стичность металла.

Рис. 9.4. Снижение интенсивности напряжений а,- (сплошные кривые) и трехосных напряжений в сварном соединении большой толщины (пунк­тирная кривая)

Операция отпуска со­стоит из четырех стадий: нагрева, выравнивания температур, выдержки и остывания. В основ­ном напряжения снима­ются на стадии нагрева (рис. 9.4). Степень сни­жения напряжений за­висит в основном от до­стигнутой температуры процессе выдержки про­исходит дополнительное некоторое снижение напряжений ко­торое происходит в соответствии с формулой

(9.3)

где — напряжение в начале выдержки, т. е. в конце

стадии нагрева; t — время выдержки, мин; — постоянная, равная 10 мин; — коэффициент, зависящий от марки стали и температуры, из­меняется в пределах от—0,08 до —0,16.

Длительная выдержка как средство снижения напряжений не рекомендуется. Более эффективно несколько повысить темпера­туру отпуска. Нужно назначать такую температуру отпуска для снижения напряжений, чтобы исключить возможность охрупчивания стали.

Как указывалось выше, при сварке и термической обработке массивных деталей в глубине металла возникают объемные напря­жения. Их уменьшение происходит в значительной мере из-за пластических деформации и релаксации напряжений в приповерх­ностных слоях, а не в глубине металла. Ползучесть металла на по­верхности вызывает перераспределение напряжений, и происходит их снижение во всем объеме тела. Следует, однако, иметь в виду, что максимальные

напряжения в областях с объемным напряжен

ным состоянием все же в 2—2,5 раза выше (рис. 9.4), чем при одно­осной или двухосной схеме напряжений. Увеличение продолжи­тельности выдержки в этих случаях не дает положительного эф­фекта, так как замедление релаксации напряжений на поверх­ности является причиной такого же замедленного снижения на­пряжений в глубине. Температуры отпуска (°С), обеспечивающие снижение остаточных напряжений до уровня (0,05 0,2) для различных металлов находятся в следующих пределах:

Магниевые сплавы 250—300 Конструкционные стали . . 580— 680

Алюминиевые сплавы .... 250—Й00 Аустенитные стали 850—1050

Титановые сплавы 550—600 Ниобиевые сплавы .... 1100—1200

Методы уменьшения деформаций и перемещений

от сварки

Меры по уменьшению деформаций и перемещений от сварки предусматриваются на всех этапах проектирования и изготовле­ния большинства сварных конструкций.

На стадии разработки проекта нужно принимать такие конструктивные решения, которые бы позволили технологу избежать значительных искажений сварной конструкции и орга­низовать при необходимости правку.

1.Назначают минимальные объемы

наплавляемого металла;
сечения угловых швов следует принимать по расчету на прочность
или в соответствии с рекомендациями о минимальных катетах
швов. Площадь поперечного сечения и погонная энергия при одно­
проходной сварке, усадочная- сила и поперечная усадка обратно
пропорциональны квадрату катета шва К²

2.Используют способы сварки с минимальным тепловложением,
например контактной вместо дуговой, многопроходной вместо
однопроходной. При назначении вида сварки следует иметь в виду
допустимые скорости охлаждения металла и не превышать их.

1. Балочные конструкции проектируют с таким поперечным сечением и расположением швов, чтобы моменты, создаваемые уса­дочными силами, были уравновешены, а углы излома от попереч­ных швов взаимно компенсировали прогибы. Это обеспечивает минимальный изгиб балок.

2. Следует стремиться к таким последовательностям сборочно-сварочных операций, при которых моменты инерции и площади поперечных сечений во время

1. выполнения тех или иных швов были по возможности максимальными. Например, последовательное наращивание элементов в сложных конструкциях дает большие искажения размеров, чем сборка всей конструкции на прихватках,

а затем сварка.

1. В конструкциях с тонкостенными элементами швы распола­гают либо на жестких элементах, либо вблизи них.

2. Во всех случаях, когда есть опасение, что возникнут неже­лательные искажения размеров и формы конструкции, проектиро­вание ведут так, чтобы обеспечить возможность последующей правки.

При разработке технологии и осуществлении свар­ки используют следующие мероприятия.

1. Применяют рациональную последовательность сборочносварочных операций, которая либо предусмотрена проектом конструк­ции, либо выбрана технологом в пределах имеющихся у него воз­можностей. Например, конструкцию расчленяют на отдельные узлы, которые могут быть по отдельности легко выправлены, а за­тем сварены между собой с минимальными отклонениями. Опре­деленной последовательностью наращивания элементов сложной балочной конструкции также можно уменьшить искажения. Сборку целесообразно вести от наиболее жесткого элемента.

2. Назначают экономичные способы и режимы сварки с мини­мальным тепловложением и таким характером искажений, который безвреден для качества конструкции. Например, если недбпустим излом длинной трубы в зоне кольцевого шва, то применяют много­проходную сварку. Регулированием скорости охлаждения и хими­ческого состава металла шва изменяют характер структурных пре­вращений и усадочную силу.

3. Применяют соответствующую оснастку и приспособления для сборки и закрепления свариваемых элементов. Они особенно эффек­тивны для ликвидации временных перемещений, которые значи­тельны по

1. размеру, но не сопровождаются большими усадочными силами, например прижатие тонких листов при сварке стыковых соединений, закрепление ребер и диафрагм при выполнении угло­вых швов, удержание листа в плоскости при контактной точечной и шоеной сварке, фиксация элементов рамы при сварке ее в углах и пересечениях.

2. Назначают размеры заготовок с учетом последующей усадки, например выставление переменного по длине зазора при электро­шлаковой сварке (рис. 9.5, а), компенсация угла при сварке сты­ковых соединений (рис. 9,5, б), создание предварительной кривизны балки (рис. 9,5, в) путем выкраивания стенки с кривизной, натя­жение (рис. 9.5, г) или термическое удлинение стенки двутавра (рис.

1. 9.5, д), чтобы она при последующей усадке не потеряла устой­чивости.

Предварительной пластической деформацией заготовок перед сваркой создают перемещения, противоположные ожидаемым при сварке. Например, изгибают полки, чтобы уменьшить грибовидность от укладки продольных швов в балке, раскатывают края обечаек перед сваркой кольцевых швов, изгибают в штампах края отверстий в оболочках, чтобы компенсировать последующее пере­мещение соединения к оси оболочки.

1. Искусственным

1. охлаждением — подачей воды при контакт­ной сварке, обдувом газоводяной смесью при некоторых других способах сварки, использованием охлаждаемых подкладок и на­кладок в зажимных приспособлениях — уменьшают зону пласти­ческих деформаций.

2. Создают в зоне сварки с помощью приспособлений или спе­циальных установок напряжения растяжения

1. (

1. обычно путем из­гиба, реже растяжением), чтобы уменьшить усадочную силу. Такой прием используют при сварке балок.

1. Создают непосредственно после сборки пластические дефор­мации удлинения проковкой металла специальным инструментом или сварочным электро­дом при точечной кон­тактной сварке.

Для правки конст­рукций после сварки используют различные механические и терми­ческие способы.

Механические спосо­бы основаны на созда­нии пластических де­формаций удлинения с целью компенсации пла­стических деформаций

укорочения, вызванных сваркой, и включают гибку, растяже­ние, проковку, статическое осаживание металла

по толщине под прессом для его удлинения в плоскости, вибрацию, прокатку. При этом не стремятся к тому, чтобы обеспечить равномерное уменьше­ние пластических деформаций и остаточных напряжений в зоне сварного соединения. Необходимо, чтобы усадочная сила, опреде­ленная по формуле (8.2), стала близкой к нулю.

Рассмотрим подробно, как происходит устранение деформаций в тонколистовых сварных конструкциях прокаткой зоны сварного соединения цилиндрическими роликами. Прокатка создает пласти­ческую деформацию металла по толщине и приводит в основном к

удлинению металла в продольном и отчасти в поперечном направ­лении. В подавляющем большинстве случаев остаточные пластиче­ские деформации, вызванные сваркой, сосредоточены только в шве и около шовной зоне, т. е. на участке сравнительно небольшой ширины В остальных частях сварной

конструкции деформации упругие. Чтобы устранить деформации во всем изделии, доста­точно создать при прокатке пластические

деформации, равные по значению, но противоположные по знаку сварочным только в пре­делах зоны