для руп (Конспект лекций 4302)

. Равномерные "по толщине поперечные остаточные пластические деформации интеграл которых дает поперечную у с а д -к у /При нагреве или проплавлении целой пластины движу-

. Неравномерные по толщине попереч­ные пластические дефопмаци и, образующие угловое перемещение в зоне сварного

соединения. . П е р е м е щ е н и я в зоне шва в на­правлении пер­пендикуляр ак по­верхности свари­ваемых листов которые образуют смещение

. Сдвиговые деформации которые обра- зуют в сварном соединении смещение

Перемещения при сварке стыковых соединений

Перемещения конструкций балочного типа Перемещения в оболочках Потеря устойчивости листовых элементов от сварки

МЕТОДЫ УМЕНЬШЕНИЯ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ,

НАПРЯЖЕНИЙ И ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

Характерные случаи вредного влияния сварочных напряжений, деформаций и перемещений

Перемещения, вызываемые сваркой. Отрицательное влияние перемещений может обнаруживаться непосредственно в процессе изготовления сварной конструкции.

сварки тонких листов

1. Перемещения свариваемых деталей создают деформации в зоне кристаллизующегося металла и могут привести к образова­нию горячих трещин (см. гл. 10).

2. Во время сварки в ряде случаев возникают перемещения в зоне формирования сварного соединения. При электрошлаковой сварке изменение зазора изменяет скорость сварки. Сварочный зазор может закрываться или открываться в таких пределах, что процесс может даже прерваться. При дуговой, сварке тонкого металла из-за потери устойчивости возникает прожог листов. В результате перемещений при сварке кромки листов смещаются по толщине и образуют ступеньки. При сварке нахлесточных соединений возникшие ранее остаточные перемещения не позво­ляют деталям плотно прилегать друг к другу и сварка углового шва ведется в этом случае по зазору, что приводит к затеканию металла в зазор. Чтобы обеспечить соединение листов, необходимо завышать катет шва. При автоматической сварке угловых швов возможно даже их несплавление. При шовной сварке из-за ранее возникшей волнистости металл набегает впереди роликов и воз­никает непровар.

3. Перемещения элементов при сварке затрудняют последую­щий процесс сборки деталей между собой, а иногда делают ее невоз­можной без проведения дополнительной правки. Например, после

их приходится править, так как

отклонения от плоскости велики и не позволяют проводить каче­ственную сборку. Если тонкостенные оболочки имеют кольцевые швы, выполненные вблизи края, то это приводит к местному изме­нению диаметра и при последующей сборке таких оболочек друг с другом возникает ступенька, что обычно недопустимо. При поузло-вой сварке часто возникают затруднения из-за несовпадения поса­дочных и присоединительных размеров собираемых после сварки узлов вследствие возникших перемещений. Искажения в про­странстве бывают иногда настолько существенны и сложны, что приходится подгонку отдельных мест осуществлять вручную, а в не­которых случаях вынуждены проводить предварительную полную сборку, что уменьшает возможности механизации и автоматиза­ции сварочного производства.

1. Из-за возникающих от сварки перемещений приходится назначать завышенные припуски на механическую обработку, чтобы иметь возможность обработать все предусмотренные черте­жом поверхности. На рис. 9.2, а показан полый вал с угловым изломом 6 в зоне кольцевого шва. При значительной длине вала необходимо увеличить толщину s стенки, чтобы можно было про­вести обточку по всей длине.

Методы уменьшения сварочных напряжений

В основе известных методов уменьшения сварочных напряже­ний и искажений форм сварных конструкций лежат три основных способа их регулирования.

1. Уменьшение объема металла, вовлекаемого в пластическую деформацию на стадии его нагрева, и уменьшение самой пластиче­ской деформации.

Создание в зонах пластических деформаций, возникших от нагрева, дополнительных деформаций противоположного знака Это может быть выполнено как при остывании, так и после пол­ного охлаждения.

3. Компенсация возникающих деформаций и перемещений путем симметричного расположения швов, создания дополнительных зон пластических деформаций, предварительного перемещения, обеспе­чения свободной усадки и др.

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 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.

5. В некоторых случаях целесообразно обеспечить свободное
сокращение элементов от усадки, чтобы не вызывать искажений

конструкции в целом. Например, нахлесточное, еще не сваренное соединение позволяет смещаться листам, не передавая остальной части конструкции усадку. Стыковое соединение листов выполняют до прикрепления их к другим частям конструкции, обеспечивая возможность беспрепятственной поперечной усадки,швов.

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 сборочно-сва-рочных 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 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.

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

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

Под технологической прочностью сварных соединений понимают их. способность выдерживать без разрушения различного рода воздействия, которые могут возникнуть в процессе сварки, остывания или вылеживания сварных конструкций под влиянием сварочных деформаций и напряжений.

Различают так называемые горячие трещины, которые представляют собой межкристалличеекие разрушения, возника­ющие во время кристаллизации металла, а также при высоких температурах в твердом состоянии из-за вязкопластической дефор­мации, и холодные трещины, природа которых может быть различной: У многих низколегированных и легированных сталей они образуются под влиянием фазовых превращений в твердом состоянии после окончания процесса сварки в течение последующих нескольких суток. В процессе сварки и остывания могут возникать также деформационные трещины, вызванные исчерпанием пластичности металла в концентраторах напряжений. Последний вид трещин не относят к технологической прочности, а рассматри­вают их как проявление ограниченной пластичности металлов и де­формационного старения, возникающих вследствие термического цикла сварки и высокого уровня сварочных деформаций и напряже­ний (см. гл. 5).