4 (1016818), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Для исправления сварочных деформаций и пластического деформирования усиления сварных швов с целью улучшения свойств сварных соединений тонкостенных сосудов применяют специализированные станки для прокатки и проковки швов. Прокатка осуществляется роликами, а проковка - высокоскоростным ударным пневматическим устройством. При прокатке и проковке металл осаживается по толщине, в результате чего происходит его раздача в продольном и поперечном направлениях. Это приводит к небольшому устранению поперечной усадки и существенному или полном устранению продольных деформаций укорочения зоны сварки.
В некоторых случаях, особенно если изделие сварено из высокопрочного материала, избавиться от деформаций очень трудно. Единственно эффективным способом борьбы с деформациями может стать отжиг конструкции в зажимном приспособлении (термофиксация). Приспособление изготавливается очень жёстким, а сварная конструкция зажимается таким образом, чтобы за счёт упругого деформирования ликвидировалась остаточная деформация или появилась деформация обратного знака, например обратный выгиб. В результате, когда конструкция вместе с зажимным приспособлением, обладающим большей жёсткостью, чем конструкция, нагревается в печи, упругая деформация переходит в пластическую, и после отпуска проектная форма восстанавливается. Попытки исправить конструкции из высокопрочных материалов вручную или под прессом часто приводят к её разрушению.
Рис. 4.26. Места прогрева (темные) сварной балки для её выправления
Рис. 4.27. Схемы механической правки сварных двутавровых балок (а) и цилиндрических оболочек (б)
4..5.2. Снижение остаточных напряжений
Наибольшее применение в промышленности нашёл способ снижения остаточных напряжений в процессе отпуска (отжига) сварных конструкций без зажимных приспособлений. Кроме снижения напряжений отпуск способствует выравниванию структуры металла в различных зонах сварного соединения и восстановлению пластических свойств. Отпуск целесообразен, когда изготовление сварной конструкции связано с последующей обработкой резанием, повышенными требованиями к точности, стабильности формы и геометрических размеров при эксплуатационных нагружениях, а также в тех случаях, когда необходимо повысить сопротивляемость хрупким разрушениям при низких температурах. Бывают случаи, когда отпуск нецелесообразен. Прежде всего это относится к конструкциям, изготовленным из разнородных материалов, когда в результате отпуска снижения остаточных напряжений не происходит. Неэффективен отпуск и в тех случаях, когда жёсткость частей конструкции сильно отличается.
Различают отпуск высокий,
средний и низкий. Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей этому соответствуют три диапазона температур: 550-680, 350-500 и 250-300 °С.
К
ривая изменения температуры в процессе отпуска изображена на рис. 4.28. В начальный момент идёт быстрое повышение температуры, затем следует стадия выдержки и последний этап – охлаждение. Пунктирной линией нение остаточных напряжений (а) на температурной кривой изображена стадия выравнивания температуры по толщине металла. На температурный график наложена кривая снижения остаточных напряжений. Как видно на рисунке, на стадии нагрева остаточные напряжения в конструкции снижаются очень быстро, на стадии выдержки при постоянной температуре это снижение резко замедляется и, наконец, на стадии охлаждения происходит некоторое возрастание остаточных напряжений.
Рис. 4.29. Общий вид установки для локальной термообработки труб: а - источник питания и аппаратура для управления; б - муфты для отжига; в -последовательность операций работы на установке
В связи с тем, что отпуск требует больших затрат тепловой энергии, экономически целесообразно, чтобы время выдержки не было слишком большим (как правило, не более 3 ч).
Для отжига сварных изделий применяют электрические камерные печи или нагревательные устройства. В первом случае изделие полностью помещается в печь, а во втором - нагрев осуществляется локально.
На рис. 4.29 в качестве примера приведена установка с программным управлением для локальной обработки сварных соединений труб, разработанная компанией Weldotherm. Система полностью автоматизирована, что обеспечивает точность параметров термообработки. Для снижения остаточных напряжений используются также рассмотренные ранее прокатка и проковка металла, а также сопутствующий подогрев.
Эффективным и недорогим является вибрационный метод снижения остаточных напряжений. Виброобработке подвергают металлоконструкции из углеродистых сталей, чугунов, алюминиевых и титановых сплавов. Сущность метода заключается в том, что металлоконструкция 1 (рис. 4.30) установлена на виброизолирующих опорах 2. К ней прикреплен струбцинами или болтами вибровозбуди тель 3 с регулируемой частотой колебаний. На пульте управления виброустановки 4 расположены приборы, регистрирующие частоту и амплитуду колебаний с помощью датчика 5, прикрепленного к сварной конструкции. При плавном изменении частоты колебаний от минимальной до максимальной регистрируют резонансные частоты системы «сварная конструкция — вибровозбудитель». Затем производят виброобработку на выбранных резонансных частотах.
Основные параметры вибрационной обработки - амплитуда и время (длительность) вибронагружения. Чем выше амплитуда переменных напряжений, тем интенсивнее происходит релаксация остаточных напряжений. Резонансными обычно бывают частоты в диапазоне 10-120 Гц, а длительность обработки, необходимая для снятия напряжений, составляет несколько минут.
Зачистка сварных швов от шлака, грата и окалины, снятие усиления швов, удаление наплывов производятся механизированнно-руч-ными электрическими и пневматическими машинками, которые подразделяются по назначению на шлифовальные зачистные, фрезерные и рубильные.
Р
ис. 4.30. Схема вибрационной обработки сварных конструкций
4.6. КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ
По ГОСТ 15467-79 качество продукции определяется как совокупность свойств продукции, обуславливающих её пригодность удовлетворять определённые потребности в соответствии с назначением. Качество сварного соединения в зависимости от назначения изделия должно отвечать требованиям по таким показателям, как, например, прочность и надёжность; макро- и микрогеометрия соединения и шва; дефектность соединения; структура и химический состав металла шва.
Согласно требованиям Международной системы менеджмента качества, по ГОСТ Р ИСО 9000-2001, сварка относится к специальным процессам производства, т. е. к таким процессам, результаты которых нельзя в полной степени проверить последующим контролем, испытанием продукции или, например, когда дефекты могут быть выявлены только в процессе использования продукции.
От качества соединений во многом зависит работоспособность сварных изделий и конструкций, а следовательно, и их безопасность в процессе эксплуатации. В сварочном производстве доля исправления сварных швов (доля брака) достаточно высока. На монтажных работах она может достигать 15-25 %, а в заводских условиях - 3-5 %. При неудовлетворительном качестве сварки затраты на ликвидацию последствий брака из-за отказов и аварий сварных изделий в большинстве случаев существенно превышают производственные затраты на технологические операции; иногда же последствия брака могут быть катастрофическими. Поэтому роль контроля качества в процессе производства сварных конструкций трудно переоценить.
Качество сварных изделий зависит от целого ряда факторов: соответствия материала техническим условиям, состояния оборудования и оснастки, состояния нормативно-технической документации, соблюдения технологической дисциплины, квалификации работающих.
Сварные конструкции контролируют на всех этапах их изготовления. После заготовительных работ детали подвергают чаще всего наружному осмотру, например проверяют внешний вид детали, качество поверхности, наличие заусенцев, трещин, забоин, а также измеряют универсальными и специальными инструментами, шаблонами, с помощью контрольных приспособлений.
Особенно тщательно контролируют участки, подвергающиеся сварке. Профиль кромок, подготовленных под сварку, проверяют специальными шаблонами, а качество поверхности - с помощью оптических приборов или специальными микрометрами. Во время сборки и прихватки проверяют расположение деталей друг относительно друга, величину зазоров, расположение и размер прихваток, отсутствие трещин, прожогов и других дефектов в местах прихваток. Качество сборки и прихватки определяют в основном наружным осмотром и обмером.
Наиболее ответственным является текущий контроль выполнения сварки. Организация контроля сварочных работ может производиться в двух направлениях: контролируют сами процессы сварки либо полученные детали. Контроль процессов позволяет предотвратить появление систематических дефектов, он особенно эффективен при автоматизированной сварке. Контроль сварочных процессов можно осуществлять по образцам технологических проб или по регистрации параметров режима сварки. Контроль изделий производят пооперационно или после окончания изготовления.
При контроле качества выполнения сварки обычно регламентируются: допустимые виды, форма, размеры и количество дефектов; виды и объёмы контроля (разрушающих и неразрушающих испытаний).
4.6.1. Влияние дефектов на работоспособность сварных соединений
Дефектами сварных соединений называют различные отклонения от установленных норм и технических требований, возникающие в металле шва и зоне термического влияния в процессе образования сварных соединений и приводящие к снижению эксплуатационной надёжности сварных конструкций, ухудшению их работоспособности и внешнего вида.
В табл. 4.2 приведены основные виды дефектов сварных швов и причины их образования.
Дефекты сварных соединений можно различать по месту их расположения на наружные и внутренние. К наружным относятся кратеры, наплывы, свищи, подрезы, прожоги, неравномерность формы
шва; к внутренним относятся, например, поры, включения шлака, непровары, несплавления, трещины, недопустимые структурные изменения металла - перегрев, пережог.
Наличие тех или иных дефектов в сварных соединениях ещё не определяет потерю работоспособности этих соединений. Опасность дефектов наряду с влиянием их собственных характеристик (типы, виды, размеры, формы и т. п.) зависит от множества конструктивных и эксплуатационных факторов. Изучение этого вопроса представляет большие трудности как с практической, так и с теоретической стороны.
В большинстве случаев степень влияния того или иного вида дефектов на работоспособность конструкций устанавливается испытанием образцов с дефектами. Так, установлено, что усиление шва не снижает статической прочности, однако существенно влияет на усталостную прочность. Чем больше усиление шва и, следовательно, меньше угол перехода от основного металла к наплавленному, тем сильнее оно снижает предел выносливости.
Опасным дефектом является подрез. Считаются допустимыми подрезы небольшой протяжённости, ослабляющие сечение шва не более чем на 5%, в конструкциях, работающих под действием статических нагрузок.
Наплывы, резко изменяя очертания швов, образуют концентраторы напряжений, что может приводить к снижению выносливости конструкции. Наплывы, имеющие большую протяжённость, считают недопустимыми дефектами, так как они кроме того, что вызывают концентрацию напряжений, нередко сопровождаются непроварами.
Кратеры, как и прожоги, являются недопустимыми дефектами и подлежат исправлению.
Исследования показали, что при статических нагрузках и пластических материалах потеря прочности примерно пропорциональна общей площади дефектов — включений и непроваров. Причём если общая площадь дефектов меньше 5-10 % (а иногда и 20-25 %), то эти дефекты мало влияют на несущую способность стыков, особенно при швах с усилением. В то же время при малопластичных материалах и динамической или вибрационной нагрузке сравнительно небольшие дефекты существенно влияют на работоспособность соединения. Остаточные напряжения могут повышать отрицательное влияние дефектов.
Для оценки опасности сварочных дефектов их целесообразно подразделить на две группы: объёмные (поры, шлаки, включения, непровары без подреза) и трещиноподобные. Объёмные дефекты не оказывают значительного влияния на работоспособность соединений. Эти дефекты можно нормировать по размерам или площади ослабления сечения шва. Трещиноподобные дефекты, в том числе трещины, весьма опасны и резко снижают эксплуатационные свойства соединений.
Все дефекты по их значимости можно условно распределить по трём группам: малозначительные, значительные и критические. К малозначительным относят отдельные дефекты - включения и непровары, к значительным - протяжённые дефекты и к критическим -трещиноподобные. Поэтому в сварных швах допускается содержание объёмных дефектов до определённых размеров и количеств. Трещиноподобные дефекты, как правило, считаются недопустимыми независимо от их размеров.
Поэтому для получения сварных соединений высокого качества требование бездефектности и нормирования допустимых дефектов следует понимать как требование отсутствия недопустимых дефектов, а не их полного отсутствия.
4.6.2. Методы неразрушающего контроля
При неразрушающих методах контроля, осуществляемых обычно на изделиях, оценивают физические свойства, лишь косвенно характеризующие качество, прочность или надёжность соединения.
К неразрушающим методам контроля качества сварных соединений относят: визуальный и измерительный контроль, контроль на непроницаемость (герметичность) конструкций, контроль для обнаружения внутренних дефектов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
