Проковка сварных швов

Как избежать деформаций при сварке? Способы устранения сварочных деформаций

Статья «Как избежать деформаций при сварке? Способы устранения сварочных деформаций» является заключительным продолжением для статей «Деформации и напряжения при сварке. Причины сварочных деформаций и напряжений» и «Виды деформаций и напряжений при сварке».

Для уменьшения внутренних деформаций и напряжений применяют ряд технологических приёмов по технике и очерёдности выполнения швов и их расположению, по выбору правильной конструкции изделия, по выбору режимов ручной дуговой сварки (или другого способа сварки).

Меры по предотвращению сварочных деформаций

Одним из способов устранения сварочных деформаций является сварка в кондукторах — специальных приспособлениях, позволяющих жёстко закрепить изделие. Кроме этого, часто применяют предварительную деформацию свариваемых деталей. Направление предварительной деформации должно быть противоположно ожидаемой деформации при сварке. Такая мера называется ещё методом предварительного изгиба.

Такой метод используют для предотвращения угловых деформаций при сварке угловых швов и при сварке нахлёсточных соединений. При сварке листового металла малой ширины, их выгибают в сторону, обратную от предполагаемой деформации.

В случае сварки листов большой ширины, их сварные кромки предварительно изгибают. Для предотвращения деформаций при сварке тавровых и двутавровых соединений, их закрепляют в приспособления, которые изгибают детали в сторону, обратную предполагаемой деформации.

Техника сварки, позволяющая избежать сварочных деформаций

Существуют разные варианты техники сварки, позволяющие уменьшить сварочные напряжения и поводки. При выполнении сварочных швов большой длины, используют обратноступенчатый способ сварки на проход (схема а) на рисунке слева). При выполнении многослойной сварки, наплавляются каскадные сварные швы, или горкой. Каждый из этих слоёв (кроме первого и последнего) проковывают.

Кроме этого, сварные швы выполняются таким образом, чтобы каждый последующий шов вызывал напряжения, противоположные напряжениям от предыдущего шва (схемы б) и в) на рисунке слева).

Последовательность сварки не должна препятствовать возможной свободной деформации сварной металлоконструкции. Например, при сварке листового настила из металлических полос, необходимо, в первую очередь, сваривать листы в каждом слое настила, а затем сваривать слои между собой (см. рисунок справа).

При сварке вязких материалов, применяют способы сварки, позволяющие снизить остаточные напряжения. К таким способам относятся закрепление свариваемой детали в специальных приспособлениях. В таких приспособлениях свариваемые детали собирают, сваривают и остужают.

Кроме этого, применяют различные приёмы, позволяющие быстро отводить тепло от сварного изделия, например, при охлаждении под струёй воды, или отвод теплоты с помощью медных подкладок.

Если свариваемый металл склонен к формированию закалочных структур, то резкое охлаждение сварного шва и зоны термического влияния приводит к возникновению внутренних напряжений и образованию холодных трещин в металле.

Для того, чтобы уменьшить перепад температур в металле, пред сваркой выполняют предварительный подогрев. Если сварочные работы ведутся при низких температурах, то подогрев обязателен даже если выполняется сварка низкоуглеродистых сталей.

Термообработка после сварки для устранения напряжений и деформаций

Отпуск после сварки для снятия напряжений

При сварке углеродистых конструкционных сталей выполняют общий высокотемпературный отпуск. Для этого сварное изделие нагревают до температуры 630-650°C, выдерживают при этой температуре и охлаждают. Время выдержки определяется из расчёта 2-3мин на миллиметр толщины металла.

Охлаждение сварного соединения должно происходить медленно, чтобы при остывании вновь не возникли внутренние напряжения. Скорость охлаждения стали определяется, в зависимости от её химического состава. Чем больше в составе стали присутствует элементов, способствующих закалке, тем меньше скорость охлаждения при отпуске после сварки. Часто сварное соединение охлаждают вместе с печью до температуры 300°C, а затем на обычном воздухе.

Отжиг для устранения внутренних напряжений

Отжиг для устранения напряжений и деформаций при сварке выполняется полный или низкотемпературный. При полном отжиге сварное изделие нагревают до температуры 800-950°C, выдерживают и охлаждают вместе с печью. После такого отпуска вязкость и пластичность сварного шва увеличивается, а твёрдость уменьшается.

При низкотемпературном отпуске сварное соединение нагревают до температуры 600-650°C и охлаждают вместе с печью. При таком отпуске, нагрев металла происходит до температур, ниже критических, поэтому, преобразований в кристаллической структуре металла не происходит.

Аргонодуговая обработка для снятия остаточных напряжений

Для снятия остаточных напряжений и деформаций после сварки применяют аргонодуговую обработку. Суть её заключается в том, что переходную зону от сварного шва к основному металлу расплавляют неплавящимся электродом в среде аргона. При расплавлении этой переходной зоны напряжения, действующие между металлом шва и основным металлом, исчезают. При кристаллизации, они появятся вновь, но их величина будет намного меньше изначальной. Такой способ позволяет снизить остаточные напряжения до 70%. Кроме снижения напряжений, этот метод позволяет получить плавный переход от шва к основному металлу и это существенно увеличивает прочность конструкции.

Проковка сварного шва с целью уменьшения напряжений и устранения деформаций

Если в металле шва или близлежащих областях металла создать дополнительные пластические деформации, то можно полностью устранить остаточные напряжения и деформации при сварке. Для этого выполняют проковку сварных швов.

Проковывают сварное соединение во время его остывания при температурах выше 450°C, либо ниже 150°C. При температурах от 200°C до 400°C проковку не выполняют из-за повышенного риска образования надрывов.

Проковывают швы вручную, молотком, массой около 1кг. Допускается применять пневматический молоток. В случае выполнения многослойных швов, не выполняют проковку последнего слоя и первого, на котором от ударов возможно образование трещин. Таким способом снимают напряжения в металле при заварке дефектов или при выполнении замыкающего сварного шва.

Термическая правка металла

Для устранения сварочных деформаций может применяться термическая правка, при которой нагрев сварного соединения происходит газовым пламенем, либо электрической дугой от неплавящегося электрода. При термической правке металл нагревается до температуры 750-850°C и начинает стремительно расширяться. Но, окружающие его холодные слои металла препятствуют его расширению и вызывают пластическую деформацию данного участка. При охлаждении, металл нагретого участка сжимается, и в нём происходит частичное или полное устранение деформаций.

Механическая правка сварного соединения

При сварке тонкого металла (до 3мм) правка производится вручную, с помощью молотка. При больших толщинах металла применяют прессы. Этот способ устранения сварочных деформаций не нашёл широкого применения, т.к. термическая правка является более целесообразным способом.

После механической правки на поверхности металла остаётся местный наклёп и предел текучести на этом участке повышается. При этом, пластичность стали снижается. Подобная неоднородность механических свойств негативно отражается на статической прочности всей металлоконструкции и при её работе под переменными нагрузками.

Методы снижения сварочных напряжений и устранения остаточных деформаций

Сообщение об ошибке

Методы снижения сварочных напряжений и устранения остаточных деформаций

Если меры предотвращения образования сварочных напряжений и деформаций оказываются недостаточными, появляется необходимость в устранении (снятии) возникших напряжений и деформаций.

Снятие сварочных напряжений путем термообработки. Для полного снятия напряжений сварные соединения подвергают термообработке. С этой целью при сварке углеродистых конструкционных сталей проводят общий высокий отпуск конструкции (нагрев до 630 — 650 º С с выдержкой при этой температуре в течение 2- 3 мин на 1 мм толщины металла). Охлаждение должно быть медленным для того, чтобы при его прохождении снова не возникли напряжения. Режим охлаждения в основном зависит от химического состава стали. Чем больше содержание элементов, способствующих закалке, тем меньше должна быть скорость охлаждения. Во многих случаях деталь охлаждают до температуры 300 º С с печью, а затем на спокойном воздухе.

При высоком отпуске сварочные напряжения снимаются вследствие того, что при температуре 600 º С предел текучести металла близок к нулю и материал практически не оказывает сопротивления пластической деформации, в процессе которой происходит релаксация сварочных напряжений. При температуре отпуска 600 — 620 º С наблюдается некоторое охрупчивание металла, порог хладноломкости перемещается в сторону положительных температур. Особенно это проявляется на сталях, содержащих ванадий. Снижение температуры отпуска до 550 — 560 º С устраняет указанный недостаток.

В ряде случаев можно ограничиться высоким отпуском отдельных элементов конструкции. Так, при изготовлении сферических резервуаров для хранения различных продуктов ограничиваются только отпуском лепестков с приваренными люками. Отпуск отдельных узлов применяют также при изготовлении сварных рам тележек вагонов и локомотивов. Такие операции значительно проще, чем отпуск всей конструкции, и, как показал опыт, обеспечивают требуемую эксплуатационную надежность.

Высокий отпуск является дорогой операцией, удлиняющей технологический процесс изготовления конструкции, и его следует применять в действительно необходимых случаях. Если механическая обработка проводится на детали, не прошедшей отпуска, то в связи с перераспределением напряжений может произойти изменение ее размеров. В большинстве случаев при сварке изделий из стали с повышенным содержанием углерода и легирующих элементов можно ограничиться только предварительным местным или общим подогревом и не проводить последующей термообработки.

Термопластический метод снятия напряжений. Метод основан на создании пластических деформаций в зоне шва, что осуществляется путем нагрева смежных со швом участков основного металла.

При этом достигается тот же эффект, что и при растяжении внешними силами. Снятие напряжений достигается только при тщательной регулировке источника нагрева и определенной скорости перемещения его вдоль шва.

Снятие сварочных напряжений с помощью аргоно-дуговой обработки. Одной из мер снятия сварочных напряжений является расплавление участка перехода от шва к основному металлу неплавящимся электродом в аргоне. При этом нарушается равновесие внутренних сил напряженного поля вследствие перехода части металла в жидкое и пластическое состояние. Естественно, что при кристаллизации расплавленного металла будут вновь возникать напряжения, однако они сравнительно малы, так как количество этого металла во много раз меньше, чем металла шва. Расплавление небольшого количества основного металла и металла шва приводит к уменьшению напряжений на 60 — 70%. Получаемый при этом плавный переход от шва к основному металлу способствует значительному повышению прочности сварных соединений при переменных нагрузках (рис. 1.)

Читайте также  Бачок для унитаза запорная арматура в нем

Рис. 1. Кривые выносливости сварных образцов из стали 10Г2Б с накладками: 1 — швы оплавлены; 2 — швы не обработаны

Снятие сварочных напряжений путем проковки металла шва и околошовной зоны. Сварочные напряжения могут быть сняты почти полностью, если в шве и околошовной зоне создать дополнительные пластические деформации. Это достигается проковкой швов. Проковку производят в процессе остывания металла при температурах 450 º С и выше либо от 150 º С и ниже. В интервале температур 400 — 200 º С в связи с пониженной пластичностью металла при ее проковке возможно образование надрывов. Специаль ный нагрев сварного соединения для выполнения проковки, как правило, не требуется. Удары наносят вручную молотком массой 0,6 — 1,2 кг с закругленным бойком или пневматическим молотком с небольшим усилием. При многослойной сварке проковывают каждый слой, за исключением первого, в котором от удара могут возникнуть трещины. Этот прием применяют для снятия напряжений при заварке трещин и замыкающих швов в жестких конструкциях. Проковка сварного соединения также способствует повышению усталостной прочности конструкции.

Снятие сварочных напряжений путем нагружения конструкции до напряжений, равных пределу текучести металла. Эффективной мерой снятия сварочных напряжений в конструкциях, изготовляемых из незакаливающихся сталей, является воздействие на сварную конструкцию внешних сил, от которых в ней возникают напряжения, равные пределу текучести металла. Нагружение конструкции должно быть статическим и проводиться в условиях, когда металл находится в пластическом состоянии (при положительной температуре). Такой метод снятия напряжений особо следует рекомендовать для конструкций, работающих в тяжелых условиях эксплуатации (низкие температуры, большие скорости приложения нагрузок) перед вводом их в работу.

Если в первый период эксплуатации конструкция работает в условиях, когда металл находится в пластическом состоянии, происходит смягчение остроты концентраторов напряжений. При этом сварочные напряжения не повлияют на статическую прочность конструкции при тяжелых условиях ее эксплуатации. При снятии напряжений этим способом не все элементы конструкции могут быть нагружены до предела текучести. Поэтому напряжения снимаются только в элементах, наиболее нагруженных от прилагаемых нагрузок, в остальных, например в участках с приваренными ребрами, фланцами и т.п., они остаются почти без изменений.

Нагружение до предела текучести конструкций, при сварке которых возможно образование малопластических закалочных структур в околошовной зоне, не приводит к снятию сварочных напряжений. В этом случае сварочные напряжения могут быть сняты только высоким отпуском. Выполнен ряд исследовательских работ по уменьшению либо полному устранению сварочных напряжений при помощи ультразвука.

Устранение деформации путем термической правки. При термической правке нагрев производят газокислородным пламенем либо электрической дугой неплавящимся электродом. Температура нагрева деформированного участка при термической правке составляет 750 — 850 º С. Нагретый участок стремится расшириться, однако окружающий его холодный металл ограничивает возможность расширения, в результате чего возникают пластические деформации сжатия. После охлаждения линейные размеры нагретого участка уменьшаются, что приводит к уменьшению или полному устранению деформаций

На рис. 2, а показаны деформированная балка с приваренными косынками и места, подлежащие нагреву при правке. Если балка таврового сечения деформируется после сварки в сторону пояса, то рекомендуется править ее, как показано на рис. 2, в, и нагревать ряд участков самого пояса. В практике часто наблюдается сложная деформация стенки и пояса (рис. 2, б). Для устранения такой деформации производят нагрев как вертикальной стенки, так и пояса.

Рис. 2. Правка деформированной тавровой балки нагревом (кружками и полосками указаны места нагрева): а — правка при вогнутой полке, б — правка при сложной деформации, в — правка при выпуклой полке

Для правки сварных конструкций требуется определенный навык. Поэтому, если в производственных условиях неизбежна правка конструкций, то для выполнения термической правки необходимо специально обучать рабочих. В случае деформации тонкого листа, приваренного к массивной раме, правку можно осуществлять путем нагрева в симметрично расположенных точках с выпуклой стороны листа. Нагрев следует начинать от центра выпуклости.

Устранение деформации путем механической правки. Для устранения деформации механическую правку можно осуществлять на прессах или при толщине металла до 3 мм вручную ударами молотка. Этот вид правки менее целесообразен, чем термическая правка, и его применение следует ограничивать. При механической правке образуется местный наклеп, повышающий предел текучести металла. Пластические свойства металла резко снижаются, особенно у кипящей стали. Вызываемая наклепом неоднородность механических свойств сказывается отрицательно на статической прочности конструкции и при эксплуатации конструкции под переменными нагрузками.

Остаточные сварочные напряжения и причины их возникновения. Температурный цикл сварки как источник возникновения остаточных напряжений , страница 28

Проковка или обкатка швов. Если вызвать местные пластические деформации в шве и околошовной зоне, противоположные деформациям, вызванным процессом сварки, то можно добиться уменьшения или даже полного снятия остаточных сварочных напряжений. Это положение лежит в основе ряда приемов, применяемых для снятия остаточных напряжений в сварном шве: проколачивание, проковка, обкатка. Метод очень эффективен. Большинство работ, в которых он описывается, посвящены уменьшению коробления и остаточных деформаций в сварных конструкциях. Но так как остаточные деформации имеют в сварных соединениях ту же природу, что и остаточные напряжения (т. е. они вызваны одними и теми же причинами и проявляются всегда в связи друг с другом), то этот метод можно с успехом применять и для снятия остаточных сварочных напряжений.

Проковка швов применяется в целях снятия напряжений давно. X. Бюлер приводит данные о снижении напряжений при проковке кольцевых швов, наложенных на диски [95]. Тангенциальные сжимающие напряжения в результате этой операции понизились почти вдвое (1200 кГ/см2 вместо 2000), растягивающие напряжения в том же направлении понизились с 1500 до 800 кГ/см2, в радиальном направлении напряжения повысились с 400 до 500 кГ/см2.

Н. О. Окерблом приводит данные о снятии остаточных напряжений проковкой при сварке пластин продольным и перекрестным стыковым швом [72]. Уменьшение продольных по отношению к шву напряжений в опытах достигало 75%- Проковка перекрестных швов снижала напряжения в месте их пересечения в 2—4 раза.

Отмечается, что наиболее эффективен этот метод при применении его’ к еще не остывшим швам. Так, Г. А. Николаев приводит данные об уменьшении деформаций при проковке шва в холодном и горячем состоянии [68]. Проковка в холодном состоянии уменьшила деформации при многослойной наплавке на 15%, в то время как применение проковки в горячем состоянии уменьшило их на 76%.

Для борьбы с остаточными деформациями в МВТУ им. Баумана предложен метод обкатки роликами зоны сварного соединения [66]. Метод очень эффективен. Можно добиться, чтобы пластические деформации, вызванные обкаткой, были больше деформаций, полученных сварным соединением при сварке. После обкатки изделие может иметь деформацию, обратную той, которая вызвана укладкой шва. Обкатка сварного соединения роликами не только уменьшает остаточные деформации в нем, но и изменяет распределение остаточных напряжений. Кроме того, обкатка роликами создает в некоторой степени поверхностный наклеп, который в ряде случаев может оказаться полезным для повышения прочности.

Г. А. Николаев привел соотношение между давлением, свойствами обрабатываемого металла и размером ролика [67]. В частности, для полного устранения деформаций величина давления на ролик равна

В МВТУ им. Бауману была спроектирована и изготовлена машина для прокатки продольных швов обечаек с усилием обжатия до 10 г для устранения деформаций и упрочнения сварных швов. Предел прочности материала сварных соединений после прокатки повышался, и материал шва становился равнопрочным с основным металлом.

Г. 3. Зайцев приводит данные о снижении остаточных напряжений при послойной. расчеканке шва при сварке труб из аустенитной стали [33]. Послойная расчеканка шва снизила максимальное напряжение приблизительно на 60%, причем на наружной поверхности возникли остаточные напряжения сжатия. Характер распределения остаточных напряжений по сечению шва в случае послойной его расчеканки меняется. Знак напряжений меняется на противоположный по сравнению со знаком напряжений для шва, выполненного обычным способом.

Термическая обработка. Иногда необходимо полностью снять остаточные напряжения. Лучшим способом для этого считается термообработка. Наиболее распространенным и действенным методом снятия остаточных напряжений является высокий отпуск: нагрев изделий до 600—650° С с последующим медленным охлаждением. Температура 600—650° С выбрана из расчета, что для конструкционных сталей при этой температуре происходит почти полное снятие остаточных напряжений. Значительная часть остаточных напряжений снимается при сравнительно небольшом времени выдержки изделия при температуре отпуска. Дальнейшая выдержка во времени приводит к определенному, хотя и небольшому понижению остаточных напряжений. Практически обычно перед охлаждением детали дается выдержка примерно 2,5—3 мин на каждый миллиметр толщины изделия.

Проковка сварных швов

§ 25. Основные мероприятия по уменьшению деформаций и напряжений при сварке

При сварке изделий невозможно полностью избежать остаточных деформаций. При всестороннем защемлении свариваемого изделия можно лишь свести деформации изделия к концу охлаждения к минимальной величине. Всестороннее защемление при сварке изделия практически осуществить трудно, поэтому такой способ борьбы со сварочными деформациями почти не применяют. Используются только такие способы, которые позволяют получать сварные изделия с минимальными остаточными деформациями. Некоторые способы борьбы с деформациями изделия приводят к возрастанию внутренних напряжений, например, закрепление свариваемых деталей перед сваркой.

Для борьбы со сварочными деформациями применяются конструктивные и технологические способы.

К конструктивным способам относятся:

1. Уменьшение количества сварных швов и их сечения, что снижает количество вводимого при сварке тепла. Между количеством тепла и величиной деформации при сварке существует прямая зависимость. Поэтому минимальная деформация конструкции будет при наименьших протяженности и сечении швов, например

2. Симметричное расположение швов для уравновешивания деформаций (рис. 33). Например, при изготовлении балки двутаврового сечения со сплошной стенкой наложение одного нижнего поясного шва вызовет изгиб балки — серповидную деформацию f1, а наложение верхнего поясного шва вызовет изгиб в обратную сторону. Таким образом, балка будет иметь конечный прогиб f, f 1 . Детали собираются с жестким креплением, не допускающим какого-либо смещения одной детали относительно другой или с эластичным, допускающим смещение деталей. Жесткое крепление деталей осуществляется сварочными прихватками в отдельных местах шва (рис. 34, а) или жесткими сборочно-сварочными приспособлениями. Сборка с эластичным креплением производится специальными пластинами, временно прихватываемыми к деталям на некотором расстоянии от оси шва (рис. 34, б, в). Жесткая сборка приводит к меньшей конечной деформации по сравнению с эластичной.

Читайте также  Сетки сварные из арматурной стали

1 ( Прихватки — короткие швы с поперечным сечением до 1 /3 поперечного сечения полного шва.)


Рис. 34. Сборка на прихватках: а — жесткие прихватки, б, в — эластичные прихватки

На величину конечных деформации влияет последовательность наложения швов. Например, наименьшая стрела прогиба узла, показанного на рис. 35, будет при такой последовательности выполнения швов: сначала — поперечный шов 2, затем — продольный 1 и после него — поперечный вертикальный 3.


Рис. 35. Правильная последовательность сварки узла: 1 — продольный шов, 2, 3 — поперечные швы

2. Жесткие закрепления деталей. Собранное изделие полностью сваривается, если закреплено на фундаменте, плите или приспособлении, которые имеют жесткость, в несколько раз большую по сравнению с сварным изделием. После сварки и полного охлаждения изделия зажимы удаляются. После освобождения изделия деформация будет меньше, чем при сварке в свободном состоянии. Закреплением можно снизить сварочные деформации на 10 — 30% в зависимости от ряда условий. Этот способ дает наибольший эффект при сварке балок малой высоты и наименьший — при сварке высоких балок (1000 мм и более).

Закрепление рекомендуется при сварке плоских листов для предотвращения угловых деформаций. Листы можно прижимать вблизи шва, например, электромагнитными прижимами. Чем тоньше свариваемые листы, тем целесообразнее их закрепление, с тем чтобы избежать также и выпучивания.

Полностью устранить деформации закреплением невозможно, так как при освобождении от зажима сварное изделие продолжает деформироваться за счет силы, сконцентрированной на участке металла с пластической деформацией.

3. Обратный выгиб деталей. Свариваемые детали предварительно изгибают перед сваркой на определенную величину f в обратную сторону (рис. 36) по сравнению с изгибом, вызываемым сваркой. Этот прием используется при сварке узлов таврового сечения. Величина изгиба устанавливается опытным или расчетным путем. Обратный изгиб перед сваркой выполняют с приложением усилия в пределах упругого, упругопластического и пластического состояния. Сварка изделия с упругим изгибом производится в особых силовых приспособлениях. Изделие с пластическим изгибом сваривается в свободном состоянии. Однако для получения пластического изгиба требуется мощное оборудование; поэтому такой способ редко применяется в сварочном производстве. Пользуясь обратным изгибом, можно полностью устранить конечные деформации сварных изделий.


Рис. 36. Обратный выгиб элемента тавра: а — сборка тавра с обратным выгибом f; б — форма тавра после сварки

4. Правильный тепловой режим. Для уменьшения деформации изделий, особенно из малопластичных металлов, например чугуна или закаливающихся сталей, можно применять предварительный подогрев зоны сварки шириной 40 — 50 мм с каждой стороны шва. При этом снижается перепад температур между участками сварного соединения, подвергающимися сильному нагреву при наложении шва, и следовательно, уменьшаются напряжения и конечные деформации. Температура предварительного подогрева устанавливается в зависимости от химического состава металла, его толщины и жесткости конструкции, например: для стали — 400 — 600°С, для чугуна — 500 — 800°С, для алюминиевых сплавов — 200 — 270°С, для бронзы — 300 — 400°С. При сварке особо ответственных конструкций из низкоуглеродистых сталей толщиной более 40 мм устанавливают температуру подогрева 100 — 200°С, при сварке низколегированных сталей толщиной более 30 мм — 150 — 200°С.

Предварительный подогрев выполняют газовыми горелками, электрическими или индукционными нагревателями. Можно применять также сопутствующий подогрев.

5. Многослойные и обратноступенчатые швы. Последовательное введение меньших количеств тепла применением многослойных швов вместо одновременного при однослойном шве способствует выравниванию нагрева сварного соединения и уменьшает сварочные напряжения и деформации.

Обратноступенчатый способ заключается в том, что всю длину шва разбивают на отдельные ступени и сварка каждой ступени производится в направлении, обратном общему направлению сварки. Этот способ обеспечивает более равномерный нагрев металла шва по всей его длине и минимальные сварочные деформации и напряжения (рис. 37). Длина ступени при обратноступенчатой сварке зависит от толщины металла, формы, жесткости свариваемого изделия. Она выбирается в широких, пределах (100 — 400 мм). Чем тоньше свариваемый металл, тем меньше длина ступени. Часто длину свариваемой ступени рассчитывают по длине шва, получающейся от одного или двух электродов.


Рис. 37. Схемы заполнения швов по длине: а — напроход, б — от середины к краям, в — обратноступенчатая; I, II, III, IV — ступени, А — общее направление шва

6. Принудительное охлаждение в процессе сварки. Уменьшая зону нагрева при сварке созданием быстрого и интенсивною отвода тепла, можно значительно уменьшить остаточные деформации. Отвод тепла осуществляют, погружая изделие в воду и оставляя на воздухе только участок сварки. Этот способ пригоден для незакаливающихся низкоуглеродистых сталей. В других случаях можно применять массивные подкладки под швом из меди или медных сплавов, обладающих высокой теплопроводностью. Эти подкладки можно дополнительно охлаждать циркулирующей внутри водой. Медные подкладки дают хорошие результаты при сварке, например, нержавеющих сталей небольшой толщины.

7. Применение внешней растягивающей силы. Внешняя растягивающая сила, приложенная к концам свариваемого изделия, например двутавровой балки, позволяет свести к нулю укорочение нагретого металла обжатием (осадкой). Этим устраняется конечная сварочная деформация по направлению действия силы. Сила усадки при сварке изделия способствует укорочению, а внешняя растягивающая сила удлинению волокон металла. Если волокна металла будут деформироваться в направлении растягивающей силы, то при правильно подобранной величине этой силы можно добиться полного устранения конечных деформаций сварного изделия.

Этот способ борьбы с деформациями вполне целесообразен, однако используется из-за отсутствия соответствующего силового оборудования.

8. Местная силовая обработка сварных швов и околошовной зоны. Снижение сварочных деформаций и напряжений в сварных соединениях достигается ковкой (ударной силой), обкаткой (статистической силой), вибрационным давлением (пульсирующей силой) и другими силовыми воздействиями. Все виды силовой обработки металла шва и околошовной зоны создают местную пластическую деформацию удлинения, обратную деформации укорочения от сварки. В результате этого сварное изделие приобретает первоначальную форму и размеры.

Ковка производится ручным или механическим молотком массой 0,5 — 1,5 кг; холодная ковка выполняется при температуре 20 — 200°С, горячая — при температуре 450 — 1000°С (для стали). Ковка стали в температурном интервале 200 — 450°С не рекомендуется ввиду ее низкой вязкости и возможности образования трещин.

При ручной сварке штучными электродами и при горячей ковке следует выполнять швы длиной 150 — 200 мм и сразу же после сварки проковывать их. При многопроходной или многослойной сварке проковка производится после каждого прохода или наложения слоя, за исключением первого и последнего (декоративного). Первый, корневой шов проковывать нельзя, так как он имеет малое сечение, и при ударе в нем возникнут трещины. Верхний, тонкий декоративный слой вызывает весьма незначительные деформации; кроме того, ковка ухудшит внешний вид шва. При ручной сварке с последующей холодной проковкой следует выполнять швы заданной длины и проковку вести при температурах не выше 200°С молотком массой 0,5 — 1,5 кг.

При изготовлении сварных конструкций время ковки превышает время сварки в 1 — 2 раза, поэтому ковка применяется редко.

Широко применяется ковка в ремонтных сварочных работах. Она улучшает структуру металла, уплотняет его и этим увеличивает коррозионную стойкость и повышает механические свойства сварного соединения.

Металлы, имеющие малую пластичность при высоких температурах, должны коваться в холодном состоянии. Ковка закаливающихся при сварке сталей не рекомендуется из-за возможности появления трещин.

Сварное изделие исправляется от конечных деформаций (коробления) механической или термической правкой. Сущность правки заключается в придании изделию новых деформаций, уничтожающих первоначальные возникшие от сварки. Механическая правка изделия выполняется вручную тяжелым молотком или на станках и прессах, а термическая — местным нагревом изделия газовым пламенем.

Местный нагрев расширяет металл, а соседний холодный металл оказывает расширению горячего металла сопротивление, в результате чего в горячем металле возникают пластические напряжения сжатия.

После охлаждения нагретого участка его размеры уменьшаются во всех направлениях, что приводит к уменьшению или полному исчезновению деформации. Для получения максимального эффекта можно производить нагрев с одновременным охлаждением соседних участков водой.

Термическая правка выполняется рабочими, имеющими специальные навыки.

1. Что называется деформацией?

2. Какая разница между упругой и пластической деформацией?

3. Как влияет температура нагрева на предел текучести стали?

4. Объясните явления возникновения напряжений и деформаций при нагреве и охлаждении стального образца.

5. Начертите схему распределения продольных напряжений в стыковом сварном соединении.

6. Назовите виды деформаций сварных пластин и изделий.

7. Назовите способы борьбы с деформациями при сварке изделий.

8. В чем заключаются механический и термический способы правки сварного изделия?

По минимальной стоимости костюм спутник на сайте фирмы «Аспект».

Правка сварных конструкций перед их термо и мехобработкой.

Термическая правка с местным нагревом

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 5Следующая ⇒

Она основана на развитии пластического деформирования сжатием растянутых участков конструкции. При правке этим методом обычно нагревают растянутую часть деформированной детали. Нагрев производят в отдельных участках (рис. 12). При этом расширению металла препятствуют окружающие его холодные части детали. В этих участках металл испытывает пластическую деформацию сжатия и укорочения растянутых волокон металла. При последующем охлаждении эти участки, сокращаясь, выпрямляют изделие. Термическую правку применяют в основном для устранения деформаций коробления листовых конструкций и ликвидации изгиба балочных конструкций. При правке выпучин листовых деталей нагревают выпуклую часть в отдельных точках в шахматном порядке. Каждый нагретый участок стремится расшириться, но за счет противодействия со стороны окружающего холодного металла в нем возникают пластические деформации сжатия.

Читайте также  Какими физическими параметрами определяются режимы контактной сварки?

Рис. 12. Правка местным нагревом: а – по ребру, б – по плоскости

После охлаждения диаметр нагреваемой окружности уменьшается, что и приводит к исчезновению выпучины. Нагрев можно производить газовой горелкой, электрической дугой, угольным электродом, на машинах для точечной сварки.

Правка убыстряется при сочетании местного нагрева с приложением статических нагрузок при использовании специальных правочных приспособлений.

Схемы правки определённых конструкций представлены в прил. 2.

2. Термическая правка с общим нагревом (отжиг)

Её производят также в специальных правочных приспособлениях, в которых конструкция фиксируется в нужном положении с предварительным натягом в жёстком приспособлении (рис. 13). Затем приспособление с изделием загружается в печь и подвергается общему нагреву. Нагретый металл пластически деформируется в приспособлении и при последующем охлаждении сохраняет приданную ему форму. Такую правку можно сочетать с операцией общей термической обработки конструкции. Режимы термообработки для сталей приведены в таблице прил. 3. Однако этот метод требует применения дорогостоящих приспособлений из дефицитных материалов, поэтому применяется, как правило, в тех случаях, когда изделие сварено из высокопрочного материала, избавиться от деформаций очень трудно.

Рис. 13. Схема жёсткого

3. Холодная механическая правка

Её производят с приложением статических, безударных нагрузок. Для этой же цели используют ручные прессы, специальные правочные приспособления, стальные пуансоны для обжатия на механизированных прессах, а также прокатку на трехвалковых станах или растяжение на специальных станках (рис. 14). Для правки крупногабаритных сварных узлов применяют гидравлические правильные прессы и специализированные правильные машины. Так, грибовидность сварных двутавровых балок (рис. 1, д) – деформацию полок, образующуюся вследствие усадки сварных швов, выправляют на специализированной машине по схеме, приведенной на рис. 14, а. Ролики служат для подачи балки в процессе правки, нажимной ролик 2 совершает возвратно-поступательное движение.

Рис. 14. Схемы механической правки сварных двутавровых балок (а)

и цилиндрических оболочек (б)

Сварные цилиндрические оболочки правят на трёх и четырёхвалковых листогибочных машинах (рис. 14, б).

Для тонкостенных сосудов применяют прокатку и проковку сварных швов на специализированных станках. Прокатка осуществляется роликами, а проковка – высокоскоростным ударным пневматическим устройством. При этом металл шва 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 (рис. 15). Таким же образом удается устранять выпучины в листовых деталях, производя проковку с краев детали и перемещаясь к ее центру.

Рис. 15. Устранение угловых деформаций прокаткой и проковкой

Термомеханическая правка

Она заключается в сочетании местного нагрева с приложением статической нагрузки, изгибающей исправляемый элемент конструкции в нужном направлении. Эта нагрузка может создаваться домкратами, прессами или другими устройствами (рис. 14). Применение дополнительного нагрева способствует снижению усилий, необходимых для устранения деформаций. Такой способ правки обычно применяют для жёстких сварных узлов.

Рис. 14. Термомеханическая правка сварного фундамента с применением домкрата (цифра-ми показана последовательность мест нагрева): 1 – опоры; 2 – места нагрева; 3 – домкрат

Ремонт деталей с растянутыми поверхностями металла

Глубокие вмятины, образовавшиеся в результате значительных местных деформаций, имеют растянутую поверхность металла. В результате этого при правке вмятины образуются неровности металла — выпучины. Выпучины могут также возникнуть из-за растяжения металла при неправильной выколотке или рихтовке.

Устраняют выпучины холодной или горячей правкой.

Холодную правку выполняют следующим образом.

При наличии на детали одной выпучины ее устраняют путем сгона за счет растяжки металла по концентрическим кругам или по радиусам от выпучины к неповрежденной части металла, силу ударов молотка следует увеличивать по мере удаления от границ выпучины.

Схема устранения выпучины при холодной правке показана на рисунке. Кружками обозначены места нанесения ударов молотком, а стрелками — направление правки.

Рис. Схема устранения выпучины при холодной правке

При наличии на детали нескольких находящихся рядом выпучин вначале необходимо растянуть участок поверхности между ними, сводя все выпучины в одну, а затем (в зависимости от формы образовавшейся выпучины) определить места дальнейшей растяжки и произвести окончательную правку поврежденного участка.

Для ускорения правки глубоких выпучин с большим растяжением металла допускается просверлить выпучину в нескольких местах, произвести правку поврежденного участка, после чего заварить просверленные отверстия и зачистить места сварки.

Отремонтированный холодной правкой участок детали становится более выпуклым по сравнению с нормальной его формой, но имеет правильные очертания кривизны.

Вместе с тем этот способ устранения вмятин трудоемкий, сильно растягивает и упрочняет металл (в результате наклепа), что отрицательно влияет на его пластические свойства. Поэтому применяют холодную правку выпучин, как правило, для ремонта незначительно растянутых участков детали.

Горячую правку выпучин выполняют двумя способами:

  • стягиванием металла с помощью нагрева
  • стягиванием металла с помощью нагрева и осаживания

Для стягивания металла с помощью нагрева необходимо нагреть выпучину пламенем газовой горелки до вишнево-красного цвета. Размер нагретого участка не должен превышать размера выпучины. При этом в разогретом пятне металла возникают напряжения сжатия, действующие по всем направлениям, что приводит к посадке металла и правке выпучины. Кроме сплошного нагрева можно применять нагрев выпучины кольцами или полосами. Видимая ширина зоны нагрева колец в этом случае должна быть 10…12 мм, а полосы (одна или две) должны проходить через центр выпучины. Если после первого нагрева неровность металла не удается полностью устранить, производят повторный нагрев выпучины в последовательности, показанной на рисунке.

Рис. Последовательность повторного нагрева поверхности выпучины при стягивании

Для стягивания металла с помощью нагрева и осаживания необходимо нагреть пламенем газовой горелки до вишнево-красного цвета самый высокий участок выпучины и осадить его с помощью плоской поддержки и киянки. Нагревая и осаживая остальные участки выпучины в последовательности, показанной на рисунке, окончательно выравнивают поврежденный участок детали.

Процесс стягивания следует проводить осторожно, чтобы не осадить металл слишком сильно, так как небрежное и неправильное стягивание приводит к появлению больших напряжений в металле, чрезмерному изменению толщины листового материала и усложняет последующую рихтовку детали.

Рис. Стягивание металла с помощью нагрева и осаживания: А — направление ударов киянки; Б — место нагрева

Растянутые участки металла чаще всего встречаются на крыльях автомобиля (бортах крыльев), имеющих аварийные повреждения.

Растянутый борт крыла ремонтируют одним из следующих способов:

  • набором складок гофра с последующим их осаживанием в холодном состоянии, если борт не глубокий и не сильно растянут;
  • набором складок гофра с последующим их осаживанием в нагретом состоянии, если борт глубокий и сильно растянут;
  • вырезкой лишнего металла из борта.

При ремонте осаживанием в холодном состоянии работу следует выполнять в такой последовательности:

  • наметить мелом по шаблону растянутый участок крыла;
  • сжать крыло до образования на растянутом участке V-образной складки гофра и получения правильной формы крыла, для облегчения образования складки борт на растянутом участке оттянуть рукой;
  • продолжая сжимать крыло, наносить удары вытяжным молотком или киянкой по складке гофра, постепенно уменьшая нажатие. Удары молотка или киянки сжимают растянутый участок борта, и, если растяжение небольшое, крыло в этом месте принимает правильную форму.

Таким же способом стягивают остальные растянутые участки до получения правильной формы крыла.

Последовательность работ при ремонте осаживанием с нагревом та же, что и при ремонте осаживанием в холодном состоянии. Складку гофра в этом случае следует нагревать пламенем газовой горелки до вишнево-красного цвета, а осадку производить вытяжным молотком с помощью подставленной под складку поддержки. Нажим на крыло при осадке гофра должен быть таким, чтобы не позволить гофру свободно распрямиться и чтобы в месте гофра не образовалась загнутая складка. Если одного нагрева и осаживания гофра будет недостаточно, операцию повторять до тех пор, пока форма борта не станет правильной.

Контроль правки гофров в холодном и нагретом состоянии осуществлять с помощью шаблонов.

Ремонт крыла вырезкой лишнего металла из борта выполняют в следующем порядке:

  • наметить мелом по шаблону растянутый участок крыла;
  • сжать крыло до образования на растянутом участке V-образной складки гофра и получения;
  • разрезать ножовкой складку от складки;
  • выровнять борт в месте разреза, определить границы лишнего металла и вырезать его ножовкой;
  • подровнять место выреза;
  • подготовить поверхность к сварке;
  • сварить кромки сплошным швом;
  • зачистить сварной шов с лицевой стороны заподлицо с поверхностью крыла;
  • упрочнить сварной шов и околошовную зону;
  • выправить оставшиеся неровности.

Рис. Ремонт растянутого борта крыла (стрелками показано направление сжатия крыла): 1 — контур растянутого крыла; 2 — место растяжения; 3 — контур исправленного крыла; 4 — гофр; 5 — место разреза гофра; 6 — граница лишнего металла

Растягивать борт крыла (если он стянут) можно в холодном состоянии или с нагревом в зависимости от величины деформации.

Этот процесс противоположен процессу стягивания. Нагретый до вишнево-красного цвета стянутый участок легко поддается растягивающему усилию.

Tags: Кузов, Ремонт

Вперед Специальный инструмент для правки и рихтовки

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: