Как влияет на величину остаточных деформаций увеличение сварочного тока: Как влияет увеличение сварочного тока на величину остаточных деформаций

причины и способы их устранения

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Причины деформации металла при сварке
• Виды деформаций металла после сварки
• О тестировании сварных швов и расчете деформаций металла при сварке
• Способы устранения деформации металла при сварке
• Способы избежать деформации металла при сварке

Деформация металла при сварке – это явление, которое приводит к нарушению геометрии изделий и, следовательно, к браку продукции. Подобное может наблюдаться даже в работе опытных сварщиков. Соблюдение ряда правил позволяет снизить вероятность появления деформации и получить качественное и надежное соединение.

Существует множество причин возникновения деформации металла при сварке. О том, с чем они связаны, какие меры принимают для профилактики этого явления и что делают для исправления, читайте в нашем материале.

 

Причины деформации металла при сварке

Если на металлический предмет оказывается механическое воздействие, то в нем возникают напряжение и искажение. Первое характеризуется силой давления, оказываемой на единицу площади. Второе – нарушением габаритов и формы изделия из-за силового воздействия.

Напряжения появляются в деталях под влиянием практически любого усилия. Это может быть растягивание, изгиб, сжимание или резка. В ходе сварки следует внимательно следить за показателями как деформации, так и напряжения. Если превысить допустимые значения, то конструкция (частично или полностью) может разрушиться.

Рекомендовано к прочтению

Сварочные деформации возникают под влиянием различного рода напряжений, появляющихся внутри изделия. Основные причины их появления специалисты объединяют в две большие группы: основные, которые считаются неизбежными и постоянно появляются в ходе сварки, а также сопутствующие, устранение которых вполне возможно.

К основным причинам возникновения деформации и напряжения в ходе сварочных работ относят следующие:

• Структурные видоизменения, которые, влияя на металл, вызывают напряжения (растягивающие и сжимающие). Происходит это в ходе охлаждения деталей из легированных или высокоуглеродистых стальных сплавов. При этом размеры изделия, а также зернистая структура материала нарушаются. В итоге изначальный объем изменяется, что приводит к увеличению напряжения внутри детали.
• Неравномерный прогрев. Первичному нагреву в ходе сварочных работ подлежит только рабочая зона изделия. По мере увеличения температуры материал расширяется, воздействуя на мало прогретые слои металла. При прерывистом прогреве концентрация напряжений сварного шва достигает высоких значений. Ее показатель зависит от рабочей температуры, теплопроводности материала и уровня линейного расширения.
• Литейная усадка. Она происходит в ходе кристаллизации материала, характеризуется уменьшением объема металла, возникает из-за сварочного напряжения (продольного и поперечного), которое появляется в процессе усадки расплава.

Сварочное напряжение могут вызвать не только механические воздействия. Сплавам различных металлов вообще свойственны свои деформации и напряжения. Они делятся на временные и на остаточные. Пластичная деформация металла при сварке вызывает остаточные, не исчезающие и после остывания материала. Временные же возникают при сварке прочно закрепленной детали.

К побочным или сопутствующим деформациям при проведении сварочных работ можно отнести:

• любые отклонения от нормативов в технологическом процессе – примером может быть плохая подготовка детали к сварке, неправильный выбор электрода, нарушение режима сварочного процесса и пр.;
• несоответствия и ошибки, допущенные в конструировании изделия, – это могут быть неверно выбранный тип шва, часто расположенные соединения, малый зазор между сварными швами и пр.;
• низкий профессионализм и небольшой опыт мастера.

Концентрацию напряжений в сварном шве может вызвать практически любая ошибка. Из-за них возникают технологические дефекты соединения: непровары, трещины, пузыри и прочий брак.

Виды деформаций металла после сварки

Существует несколько видов напряжений. Они отличаются временным интервалом (периодом действия), характером появления и прочими факторами.

Ниже представлена таблица возможных напряжений (какие встречаются и из-за чего появляются в сварном шве).

Характер появления	Тип напряжения	Причина нарушения
По причинам возникновения	Тепловое	Неравномерность прогрева, возникающая из-за перепада температуры при сварке
	Структурное	В случае нагрева металла выше максимально установленной температуры происходят изменения в структуре материала
По времени существования	Временное	Возникает в ходе фазовых видоизменений, но в процессе остывания уходит
	Остаточное	Остается в деталях и после устранения причин возникновения
По задействованной площади	Имеющееся во всей конструкции
	Проявляющееся исключительно в зернах структуры металла
	Присутствующее в кристаллической решетке материала
По направленности воздействия	Продольное	Появляется по линии шва
	Поперечное	Размещается поперек оси соединения
По состоянию напряжения	Линейное	Происходит только в одном направлении
	Плоскостное	Распространяется на два различных направления
	Объемное	Воздействие происходит по трем осям

В ходе сварочного процесса происходят следующие виды деформации:

• Местные и общие. При местных деформациях изменениям подвержены только части конструкции. Общие же деформируют изделие полностью и сразу, меняя его размеры и искривляя геометрическую ось.
• Временные и конечные. Остаточные (конечные) деформации остаются в изделии даже после его охлаждения, а временные появляются в отдельные моменты времени.
• Упругие и пластичные. При восстановлении формы и габаритов изделия по окончании сварки деформация считается упругой. При наличии постоянных дефектов – пластичной.

Материал может быть деформирован вне плоскости сварного изделия или внутри него.

Разнонаправленность сил, действующих относительно сечения материала, приводит к возникновению различных напряжений: сжатия либо изгиба, растяжения, кручения, среза.

Тестирование сварных швов и расчет деформаций металла при сварке

Швы обязательно проходят тестирование на надежность и прочность соединений. В ходе проверки проверяется также наличие дефектов. Это позволяет быстро обнаружить и устранить возникший в процессе сварки брак.

Существует несколько типов контроля, позволяющих найти изъяны:

• разрушающий – процесс, который часто используется на промышленных предприятиях, дает возможность провести проверку физических свойств шва;
• неразрушающий – включает внешний осмотр шва, ультразвуковую или магнитную дефектоскопию, капиллярный метод, проверку проницаемости и прочие методы.

Важным в изготовлении сварных конструкций является определение вероятных напряжений и деформаций в ходе работ. Причина заключается в том, что они изменяют форму и размер изделия, снижают его прочность, что приводит к изменениям в эксплуатационных качествах конструкции далеко не в лучшую сторону.

Необходимо проводить тщательный расчет деформаций и напряжений при различных процессах сварки, правильно запланировать последовательность операций для того, чтобы в результате на конструкцию воздействовало минимум напряжений, а количество дефектов стремилось к нулю.

Способы устранения деформации металла при сварке

Убрать деформацию материала, возникшую в ходе сварки, можно с помощью правки. Она бывает холодной механической, термомеханической и термической, включающей как местный, так и общий нагрев. Перед проведением последнего изделие жестко фиксируют в устройстве, оказывающем давление на изменяемые части конструкции. Затем оно размещается в разогревающей печи.

Суть термического метода заключается в сжимании металла при его охлаждении. Происходит процесс разогрева растянутого участка горелкой или дугой. При этом окружающий место разогрева материал должен оставаться холодным, что не дает значительно расшириться горячему участку. Далее при остывании изделия происходит постепенное выпрямление конструкции. Больше всего данный метод подходит для устранения деформаций балок, полос листового материала и пр.

Принцип холодной правки заключается в постоянном воздействии на изделие нагрузок. Для этого используют различные прессы и валки, существующие для прокатки по ним длинных конструкций. Для исправления деформаций растянутых конструкций применяют термическую правку. Сначала происходит сбор лишнего металла, а затем – разогрев проблемного места.

Сложно сказать, какой из методов является предпочтительным. Для каждого вида, места (снаружи или изнутри), особенностей деформации и напряжения, а также габаритов и формы изделия существуют свои способы их устранения. Важным являются трудозатраты и эффективность метода.

Способы избежать деформации металла при сварке

Устранение проблем значительно сложнее их предупреждения. Эта аксиома в равной степени относится и к сварке. Брак всегда приводит к дополнительным финансовым вложениям. Для его предотвращения необходимо сосредоточиться на мерах, помогающих бороться с деформациями и напряжениями.

Отвечая на вопрос о том, как избежать деформации при сварке листового металла или свести ее к минимуму, следует запомнить связь между причинами появления и мерами предупреждения. Следовательно, перед началом работ необходимо все тщательно рассчитать и подготовиться. Только после окончания данного этапа можно будет проводить сварку металлических конструкций.

Сила, приложенная к конструкции, прямо пропорциональна степени ее деформации. Значит, чем большая сила воздействует на изделие, тем значительнее его деформация.

• Сопроводительный и предварительный подогрев.

  Данные виды разогрева способствуют улучшению качественных характеристик как самого сварного соединения, так и участков, расположенных в непосредственной близости от него. Кроме того, уменьшаются пластические деформации и остаточное напряжение. Этот метод чаще всего используют для сплавов, которые имеют склонность к закалке и появлению кристаллизационных трещин.

• Наложение швов в обратноступенчатом порядке.

  При протяженности более 1 000 мм шов разбивается на части длиной от 100 до 150 мм. Новое соединение создается в противоположную от основной сварки сторону. При этом металл разогревается более равномерно, что снижает деформацию. Данный способ не является методом последовательного наложения.

• Проковка швов.

  Проковке подлежит и нагретый, и холодный материал. Удар как бы разжимает металл в стороны. Тем самым снижается напряжение растягивания. Данный метод не используется на конструкциях, сделанных из металла, склонного к возникновению в нем закалочных структур.

• Выравнивание деформаций.

  Суть метода заключается в том, чтобы подобрать порядок, в котором нужно будет делать швы. Новый шов должен обязательно создать деформацию, которая будет противодействовать предыдущему. Этот способ часто применяется при сварке двусторонних соединений.

• Жесткое крепление деталей.

  Сварка предваряется прочным и жестким креплением изделия в кондукторах. После завершения процесса конструкция полностью охлаждается, после чего вынимается из крепежа. Существенным недостатком метода является вероятность возникновения внутреннего напряжения изделия.

• Термическая обработка.

  Сварка без деформации металла может быть проведена с помощью термической обработки. При этом существенно улучшаются характеристики соединения и окружающего его металла, снижается напряжение внутри изделия и выравнивается структура шва. Отпуск, отжиг (состоящий из низкотемпературного или полного) и нормализация – это операции, составляющие термическую обработку металла.

   

  Нормализация считается оптимальным способом обработки швов изделий, выполненных из низкоуглеродистых сталей.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Как влияет на величину остаточных деформаций увеличение скорости сварки

Главная » Статьи » Как влияет на величину остаточных деформаций увеличение скорости сварки

ЗОНА ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ СВАРКЕ ВСТЫК. УСАДОЧНАЯ СИЛА

СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

На величину зоны пластических деформаций оказывают влия­ние режим сварки, свойства металла и жесткость свариваемого элемента. Влияние свойств металла проявляется главным образом через предел текучести металла, модуль упругости и коэффициент линейного расширения. Чем выше предел текучести металла, тем Уже зона пластических деформаций. Чем выше модуль упругости и коэффициент линейного расширения металла, тем шире зона пластических деформаций.

Основными параметрами режима сварки являются эффектив­ная удельная мощность и скорость сварки vc. При сварке

широких пластин с возрастанием удельной мощности увеличи­вается ширина зоны пластических деформаций. Изменение ско­рости сварки при постоянном и незначительном влиянии тепло­отдачи приводит к пропорциональному изменению размеров изо­терм без искажения их формы. С увеличением скорости сварки

при постоянном —■ ширина зоны пластических деформаций умень­шается.

Жесткость свариваемого элемента конструкции также может заметно влиять на ширину зоны пластических деформаций. До-

Рис. 33. Эпюры временных и остаточных деформаций в зоне сварного соединения: а — широкая (жесткая) пластина; б, в — узкая пластина

пустим, что на рис. 33, а линией ЛСС^ показана эпюра пласти­ческих деформаций ех, возникающих в процессе нагрева при сварке бесконечно большой пластины и вычисленных в предполо­жении мгновенной заварки шва. Сплошной линией АВВ1А1 по­казана эпюра остаточных упругих деформаций, а линией ВСС^ показана эпюра пластических деформаций, возникающих на ста­дии охлаждения. Ширина зоны пластических деформаций 2Ьп равна отрезку AAV

Рассмотрим, как будет изменяться зона пластических дефор­маций при сварке пластин конечной ширины, обладающих опре­деленной жесткостью. Расширение металла от нагрева вызовет при прохождении источника тепла некоторое удлинение пластины на величину Ан (рис. 33, б). Это, в свою очередь, повлечет за собой уменьшение ширины зоны пластических деформаций, которая будет выражаться отрезком DDl = 2ЬПі (см. рис. 33, б). При осты­вании возникнут в основном металле сжимающие напряжения и произойдет укорочение пластины на величину Аи (рис. 33, в). 54

Эпюра остаточных упругих деформаций показана на рис. 33, в. Б данном примере ширина зоны растягивающих напряжений 2ЬР меньше ширины зоны пластических деформаций 2ЬПі, которая, в свою очередь, меньше ширины зоны пластических деформа­ций 2Ьп при сварке абсолютно жесткой пластины. Таким образом, уменьшение жесткости детали, как правило, приводит к умень­шению ширины зоны пластических деформаций.

Эпюры деформаций, умноженные на модуль упругости ме­талла Е, дают эпюры остаточных напряжений [4]. Остаточные на­пряжения образуют так называемую усадочную силу Рус. Пло­щадь эпюры АВВ^! (см. рис. 33, а), умноженная на модуль упру­гости Е и толщину металла б, дает величину усадочной силы для случая сварки абсолютно жесткой пластины. В случае сварки пластины небольшой ширины (см. рис. 33, в) усадочная сила будет равна площади эпюры DEEJ)^ умноженной на ЕЬ. Не следует смешивать эпюру FEE^i, выражающую деформации и растяги­вающие напряжения, с площадью эпюры DEEJ)^ пропорциональ­ной усадочной силе.

Определение ширины зоны пластических деформаций и вели­чины усадочной силы Р^ при сварке является основной задачей в теории сварочных напряжений и деформаций. Зная решение этой задачи, можно определить распределение остаточных напря­жений, а используя понятие об усадочной силе, можно перейти к определению деформаций сварных конструкций.

В книге И. П. Трочуна [111] методы расчета сварочных на­пряжений и деформаций разделены на две основные группы: 1) расчет остаточных напряжений и деформаций по внутреннему усилию в сварных швах (метод Г. А. Николаева) и 2) расчет де­формаций и напряжений по деформациям волокон в свариваемых деталях. В книге [111] эти методы противопоставлены друг другу и первый метод признан ошибочным. В этой связи следует заметить, что при существующей в настоящее время точности опре­деления сварочных напряжений и деформаций приближенными способами, а также при большом количестве принятых допущений ;;оба названных метода практически равноценны.

Метод расчета сварочных напряжений и деформаций по уса­дочному усилию признан ошибочным в книге [111] на том осно­вании, что он, якобы, «таит в себе существенные теоретические и практические недостатки» и принимает, «что активное внутрен­нее усилие Р считается приложенным к сварному соединению как к теду, свободному от напряженного состояния». Известно, что прием нагружения детали силой Р отнюдь не означает, что сварное соединение является свободным от напряженного состоя­ния, а используется исключительно для упрощения расчетов иприведения их к виду, привычному для инженерной практики. Упрощенный метод Н. О. Окерблома в конечном итоге также ос­нован на использовании усадочной силы и на предположении не­зависимости ее от жесткости детали, так как [19][5]

2^ = -3,53-10-4,

qn — эффективная погонная энергия сварочного источника тепла в кал/см;

2 V — сумма произведений остаточных пластических дефор­маций на площадь, занимаемую ими, в см2.

Действительно, площадь DEE1D1 (см. рис. 33, в), пропорцио­нальная усадочной силе, отличается от площади ABByAx (см. рис. 33, а) тем, что в состав ее входит площадь ВЕЕ1В1 и не входит

Рис. 34. Эпюры остаточных деформаций в случае, когда остаточные напряжения не достигают от

площадь ADDlA1. Если пло­щадь BEEiBx равна пло­щади ADDxAx, то усадочная сила не зависит от жесткости F, детали. Строгого доказатель-

£)] ] II ства равенства этих площа — I дей друг другу нет, точно

так же, как и нет доказа­тельства того, какая в дей­ствительности существует зависимость между ними. Н. О. Окерблом в работе [86], предполагая, что кри­вая АС (см. рис. 33, а) описывается гиперболой и что Дн = получил равенство площадей АВВхАх и ДЕДДД. И. П. Трочун исходит из другой также не совсем точной предпосылки, что кри­вая АС является прямой вертикальной линией. В этом слу­чае Sadd1a1 — 2bnAH, a SBee, b, =2bn (Д„ + ДД и разность пло­щадей получается равной 2ЬпАу, т. е. усадочная сила возрас­тает с уменьшением жесткости детали.

В настоящее время получают распространение металлы, у ко­торых о0Ст

На рис. 34, б показана эпюра остаточных деформаций при сварке пластины ограниченной ширины. Усадочная сила, пропор­циональная площади DBBxDx, меньше усадочной силы при сварке абсолютно жесткой пластины. Даже если исходить из предпо­сылки о вертикальности линии АВ, то величина усадочной силы

будет уменьшаться в менее жестких пластинах. Таким образом, в зависимости от конкретных условий могут встречаться различ­ные случаи изменения усадочной силы с изменением жесткости конструкций. В низкоуглеродистых и низколегированных сталях усадочная сила возрастает при уменьшении жесткости конструк­ции. Это вытекает из опыта применения зажимных приспособлений.

Рассмотрим теперь существующие зависимости величины уса­дочной силы от условий сварки, предложенные различными ав­торами.

Метод Г. А. Николаева [82] основан на графо-аналитическом определении величины остаточных напряжений и последующем вычислении усадочной силы по эпюре напряжений.

Н. О. Окерблом предложил зависимости между параметрами режима сварки низкоуглеродистой стали и суммой произведений остаточных пластических деформаций на площадь, занимаемую ими, 2 ^F. После умножения последней величины на модуль упру­гости Е получаем усадочную силу в кГ:

(81)

Аналогичная зависимость принята С. А. Кузьминовым

это, зависит ли дуги от тока, как влияет на величину остаточных деформаций увеличение, с какой целью производят прокалку электродов? – Сертификация и обучение на Svarka.guru

Сварка – это сложный высокотемпературный процесс создания неразъемного соединения. Напряжение и деформация при сварке – результат нарушения технологических требований, в виде выбора некорректных температурных параметров работ, без учета свойств линейного расширения металла.

Определение

Сварочное напряжение – это силы, действующие на место наложения шва. Они могут быть вызваны следующими усилиями:

• сдавливающими;
• растягивающим;
• изгибающим;
• крутящим.

Направление действия сил на конструкцию.

Силовые показатели напрямую влияют на надежность и жесткость конструкции. Превышение допустимых норм может привести к разрушению шва.

Причины возникновения:

1. Тепловые напряжения при сварке. Возникают при неравномерном распределении тепловой энергии по поверхности заготовки.
2. Структурные. Появляются при превышении предельно допустимых температурных показателей, установленных для свариваемого металла, что приводит к необратимым изменениям его структуры.

Примером структурной деформации – сварка нержавеющей стали с высоким содержанием хрома. При температуре свыше 500 Сº хром вступает в реакцию с углеродом, что приводит к образованию карбидов, которые негативно влияют на свойства шва.

Некоторые изменения носят временный характер и исчезают с охлаждением металла. Однако, встречаются и сварочные остаточные напряжения, которые действуют на поверхность даже после устранения причин их образования.

 Основные причины проявления

Как было сказано выше, причиной появления сварочных напряжений и деформаций является воздействие высокой температуры на поверхность. Рассмотрим изменения, которые происходят с обрабатываемыми заготовками и от чего зависит величина деформации свариваемых металлов.

Литейная усадка

а) Деформация до и после сварки, б) График распределения напряжения.

При сокращении размеров охлаждаемой сварочной ванны, на ее границах наблюдается процесс деформации слоев металла. После кристаллизации шва, сохраняется остаточное напряжение, что влияет на крепость соединения.

Размер измененной области напрямую зависит от толщины шва – чем меньше ванна расплава, тем незначительнее будут силы деформации.

Нагревание/охлаждение происходит неравномерно

Учебные пособия для будущих сварщиков указывают, что независимо от положения шва: потолочного, вертикального или горизонтального, зону соединения следует нагревать равномерно, без перепадов температур на участках. В противном случае происходят температурная деформация металла. Она характеризуется изменение пластичности и прочности структуры.

При проведении электросварочных работ, рабочая плоскость нагревается под действием электрической дуги, величина которой регулируется специальным механизмом сварочного аппарата.

Чем выше температура воздействия на поверхность, чем сильнее деформируется металл. Кроме того, необходимо контролировать процесс охлаждения. Резкие перепады температур негативно влияют на качество шва.

Изменения структуры материала

Как показали исследования, структурным изменениям подвержены легированные и углеродистые сорта стали, в которых массовая доля углероды превышает 0,35 %. Превышение рекомендованных температур приводит к образованию новых элементов, что влияет на общий объем заготовки. Кроме того, изменение структуры затрагивает и коэффициент линейного расширения, что приводит к увеличению сварочного напряжения.

Для работы с высоколегированными составами разрабатывают методические пособия, которые содержат подробное описание технологических процессов и рекомендации, включая информацию о том, как влияет на величину остаточных деформаций увеличение сварочного тока и формулы побора оптимальных параметров.

Способы снижения деформации

Для предотвращения чрезмерного сварочного напряжения и деформации сварочного соединения, существуют проверенные временем методы:

1. На крупных производственных предприятиях, на стадии разработки проектной документации, аттестованные технологи проводят анализ параметров металлов и изменения, которому они подвергаются под воздействием высокой температуры. Если применяемые материалы после соединения не будут соответствовать требованиям технических стандартов, пытаются корректировать режим сварки и способы наложения швов.
2. На стадии непосредственного выполнения работ, следует руководствоваться методическими пособиями. Замыкающие швы в конструкциях выполняют в последнюю очередь. При ручной дуговой сварке необходимо регулировать длину соединения. Специалисты советуют выполнять работы в ступенчатой последовательности.

Последовательность наложения сварочных швов для уравновешивания деформаций.

3. Опытные мастера рекомендуют обратить внимание на подготовленные кромки. На них рекомендуют сделать насечки, для снижения деформационных изменений. При этом обработку проводят в направлении, обратном развитию деформирующих процессов.
4. Предварительная температурная обработка поможет снизить деформационные изменения в заготовке. Необходимо следить за равномерностью прогрева поверхности.

Как устранить?

Борьба с устранением напряжений может проходить путем механической или термической обработки соединения. Предварительный и сопроводительный нагрев снижает деформационные изменения и позволяет выдержать геометрию конструкции. Направление движения пламени зависит от вида используемого проката.

По окончанию работ рекомендуют выполнить температурный отпуск. Это уменьшит остаточное напряжение благодаря повышению пластичности структуры металла.

Среди механических методов устранения напряжений наиболее популярным является проковка. В качестве рабочего инструмента используют молоток, работающий от сжатого воздуха. Процедуру можно проводить как с холодной, так и с разогретой поверхностью. Исключение составляют сорта стали, склонные к возникновению закалочных структур.

Менее востребованными являются процедуры вибрационной обработки и прокатки.

Удаление деформаций

а) Деформация в плоскости, б) Деформация с нарушением плоскости, где 1 – форма изделия до сварки, а 2 – после сварки.

Термическую деформацию изделий делят на два типа:

1. В плоскости. Она характеризуется изменением геометрических размеров детали.
2. С нарушением плоскости. В этом случае происходят угловые изменения конструкции, с сохранением габаритных размеров.

Для устранения деформаций чаще всего применяют метод термической обработки. Он заключается в сжатии заготовки после нагрева. Обработке поддается только дефектный участок. Большинство сортов металлопроката правят именно таким способом.

Для устранения дефектов механическим способом используют прокатные установки или прессовые механизмы. Его преимущество заключается в том, что обрабатываемую деталь можно не нагревать.

В особо тяжелых случаях используют термомеханический метод правки. Он заключается в постоянном силовом давлении на заготовку после предварительного нагрева поверхности.

Заключение

Квалифицированный специалист обязан знать причины возникновения сварочных напряжений и деформаций, а также способы их устранения. Для предупреждения дефектов специалисты рекомендуют проводить предварительный отжиг заготовки, а также термический отпуск, по окончанию работ.

Сварщик 6-го разряда Федоренков Александр Александрович. Опыт – 15 лет: «Моя сфера деятельности подразумевает наложение швов большой длины. Считаю, что лучше всего с предотвращением деформации и напряжения помогает метод сварки «вразнобой»: начать работу с разных концов – так разные швы будут компенсировать напряжение друг друга».

Предотвращение и снижение сварочных напряжений и деформаций

Величина и характер сварочных напряжений и деформаций определяются рядом факторов. Рассмотрим влияние некоторых из них.

Вид и способ сварки. Значительное влияние на величину сварочных деформаций оказывает степень концентрации теплоты. Высокая концентрация теплоты способствует сужению зоны, подвергающейся пластическим деформациям, и уменьшению деформаций конструкций. Это подтверждается опытом применения автоматической сварки под флюсом.

При практически одной и той же погонной энергии сварка под флюсом благодаря большей скорости перемещения дуги (изотермы вытянуты и сдвинуты в область, уже пройденную дугой) вызывает меньшие остаточные деформации, чем ручная дуговая сварка. Снизить величины остаточных деформаций можно также, заменив ручную дуговую сварку покрытыми электродами автоматической или полуавтоматической сваркой в углекислом газе, аргоне, порошковой проволокой или активированной проволокой без дополнительной защиты. Применение полуавтоматической сварки в угл ‘кислом газе позволило ~простить технологию изготовления ряда тонколистовых конструкций (кузова тепловозов, электровозов и пр.) и сократить расходы на последующую правку.

Влияние конфигурации шва. От конфигурации шва в известной мере зависят величина и характер остаточных деформаций. При прочих равных условиях Х-образная подготовка кромок благодаря симметричному расположению шва относительно нейтральной оси вызывает меньшую угловую деформацию, чем У- образная. С целью уменьшения деформаций в некоторых случаях целесообразно применять двустороннюю сварку. При сварке под флюсом меньшие деформации происходят в соединениях без скоса кромок. В случае электрошлакового процесса, где сама техника выполнения сварки предопределяет симметричное расположение шва относительно нейтральной оси, угловые деформации весьма невелики. Эффективной мерой уменьшения деформаций является уменьшение сечения шва за счет применения сварочных материалов, обеспечивающих более высокую прочность металла шва. Как показали исследования, при сварке соединения с угловыми швами сечение может быть уменьшено до 40 %.

Режим сварки. Величина и характер сварочных напряжений и остаточных деформаций находятся в прямой зависимости от погонной энергии сварки, которая определяется режимом сварки и зависит от сечения шва или слоя. Увеличение сечения шва или слоя приводит к заметному росту величины остаточной деформации. Для обеспечения минимальной деформации сварной конструкции следует назначать наименьшие (допустимые из условий прочности конструкции) сечения швов и не допускать их увеличения в процессе изготовления конструкции. В отношении уменьшения сечения шва наиболее рациональной является двусторонняя рюмкообразная разделка (рис. 1). На зависимости между величиной остаточной деформации и режимом сварки (погонной энергией) основан расчетный метод определения остаточных деформаций.

Рис. 1. Зависимость между толщиной металла, формой и сечением разделки

 

Порядок сварки и закрепление свариваемых деталей. На величину возникающих при сварке остаточных деформаций и напряжений существенно влияет порядок наложения шва по его длине и сечению. Наибольшие остаточные деформации образуются при сварке на проход, т.е. при наложении шва от начала до конца без длительных перерывов. При ручной сварке для уменьшения величины деформации швы накладывают от середины к концам. Этот метод эффективен при выполнении шва двумя сварщиками.

При правильном выборе длины ступени обратноступенчатая сварка резко уменьшает величину напряжений и деформаций. При этом способе шов следует разбивать на участки таким образом, чтобы к началу сварки последующего участка температура металла составляла 200-300ºС. При однослойной сварке это условие обеспечивается, если длина ступени равна участку, образованному за счет расплавления одного электрода (при сечении шва, равном 1,2 сечения стержня электрода). Уменьшение деформаций и напряжений при обратноступенчатой сварке связано с тем, что ее выполняют по увеличенному зазору. При охлаждении одновременно с уменьшением ширины шва уменьшается и предварительно расширенный зазор, что способствует уменьшению реактивных напряжений и деформаций.

Для уменьшения величины остаточных напряжений и деформаций при сварке многопроходных швов применяют каскадный метод сварки. Существенное влияние на величину напряжений и остаточных деформаций оказывает направление сварки отдельных швов. Эффективной мерой снижения остаточных деформаций является закрепление свариваемых деталей в специальных приспособлениях-кондукторах.

Предварительный изгиб свариваемых деталей. В производственных условиях для борьбы с деформациями часто применяют предварительный обратный изгиб свариваемых деталей. Этот метод используют для борьбы с угловыми деформациями при сварке стыковых и нахлесточных соединений. При сварке листов небольшой ширины с V-образной разделкой кромок их располагают с предварительным выгибом в сторону, обратную ожидаемой деформации (рис. 2). Листы большой ширины можно укладывать с предварительным изгибом свариваемых кромок (рис. 3). Монтажные стыки с закрепленными листами рекомендуется сваривать с предварительно отогнутыми кромками, что достигается при помощи домкратов или специальных приспособлений (рис. 4). Для предотвращения деформаций из плоскости тавровых или двутавровых сечений производят упругую или пластическую деформацию пояса (рис. 5). С целью устранения продольных деформаций в плоскости при сварке тавровых балок применяют приспособления, которые изгибают балку в сторону, обратную ожидаемой деформации (рис. 6).

 

Рис. 2. Укладка свариваемых деталей для предотвращения угловой деформации при стыковом соединении

 

Рис. 3. Обратный изгиб свариваемых деталей для предотвращения угловой деформации при стыковом соединении

 

Рис. 4. Обратный изгиб свариваемых кромок в местах монтажных стыков

 

Рис. 5. Обратный изгиб пояса для

предотвращения грибовидной деформации

 

Предварительный обратный изгиб можно создать с помощью наклепа кромок и стенки балок либо нагревом до температуры 700 — 750º С (рис. 7). Эффективной мерой предотвращения выпучивания стенки в двутавровой балке, вызываемой сваркой поясных швов, является сборка с предварительным натяжением стенки. Для натяжения стенки используют сборочные стенды с домкратным устройством. Повысить жесткость тонких листов в сварных конструкциях с целью уменьшения деформаций можно путем гофрирования. При помощи прессов на тонких листах предварительно выдавливают узоры жесткости или гофры. Мерой уменьшения сварочных напряжений может быть предварительное растяжение или сжатие элемента с помощью продольно сжимающей силы.

Рис. 6. Обратный изгиб балки

 

Рис. 7. Место нагрева (или наклепа) кромки вертикальной стенки тавровой балки для создания обратного изгиба 1 — область нагрева или на клена

 

Рис. 8. Характер распределения температуры при сварке стыкового соединения:а — с искусственным охлажден нем, б — без охлаждения

 

Резкое охлаждение свариваемых деталей. При резком охлаждении сварного соединения нагреваемый при сварке участок, в котором возникают пластические деформации, сужается, что приводит к уменьшению остаточных деформаций и напряжений. На рис. 8 схематически показаны характер распределения температуры и размеры участков пластических деформаций при искусственном охлаждении и без него. При охлаждении участок пластической деформации значительно короче, чем при сварке в обычных условиях.

Однако искусственное охлаждение применимо только при сварке низкоуглеродистых сталей. Для уменьшения остаточных деформаций и напряжений при сварке сталей с повышенным содержанием углерода и легированных закаливающихся сталей метод искусственного охлаждения неприменим, так как он может привести к образованию малопластичных закалочных структур. Некоторое влияние на величину сварочных деформаций оказывает также и начальная температура изделия. При сварке в условиях естественных низких температур деформации снижаются весьма мало.

Влияние подогрева свариваемых деталей. При предварительном или сопутствующем подогреве уменьшается перепад температур между участками сварного соединения, благодаря чему несколько снижаются напряжения. Установлено, что при подогреве до температуры 200º С остаточные напряжения по сравнению со сваркой без подогрева снижаются на 30%. При более высокой температуре подогрева достигаются еще более благоприятные результаты.

Значительный эффект дает и сопутствующий подогрев. При сварке можно проводить как общий, так и местный сопутствующий подогрев. Общий подогрев назначают при сварке деталей небольших размеров или непластичных материалов, например чугуна. При местном подогреве нагревают участок шириной не менее 40 — 50 мм по обе стороны от шва. Нагрев только свариваемых кромок не дает заметного эффекта. При сварке с предварительным или сопутствующим подогревом в большинстве случаев не требуется последующей термообработки (отпуска) конструкции. Подогрев можно осуществлять индукционным способом, газовым пламенем и электрическими нагревателями.

Температура предварительного подогрева зависит от химического состава и толщины металла, а также жесткости конструкции. С увеличением содержания углерода и легирующих примесей, толщины металла и жесткости конструкции необходим подогрев до более высоких температур.

При изготовлении особо ответственных конструкций из низко- углеродистых сталей при толщине металла выше 40 мм иногда применяют предварительный подогрев до температуры 100- 120º С. При сварке среднеуглеродистых и низколегированных конструкционных сталей целесообразно применять предварительный подогрев до температуры 150—200ºС при толщине металла более 30 мм.

их разновидности и причины возникновения

Сварка обеспечивает самое прочное и надежное соединение, если проведена правильно. Однако при нарушении технологии в конструкции возникают напряжения и деформации, вызванные сварочным процессом. Искажается форма и размеры изделия, в результате чего оно не может выполнять свои функции.

Что такое напряжение

Сварочное напряжение определяют как силу, действующую на единицу площади изделия. Оно может быть вызвано растягивающим, изгибающим, крутящим, сжимающим или срезающим усилием.

Эти силы достигают таких величин, что в процессе эксплуатации напряжения и деформации в отдельных деталях приводят к разрушению всей конструкции. Кроме этого происходит снижение антикоррозионных свойств, меняются геометрические размеры и жесткость конструкции.

Напряжения и деформации бывают временными и остаточными. Какие сварочные деформации называют временными, а какие остаточными определяется просто. Временные появляются во время сваривания деталей, вторые появляются и остаются после окончания сварки и охлаждения конструкции.

Причины появления

Главные причины возникновения напряжений и сварочных деформаций такие:

• неоднородный нагрев металлических заготовок;
• усадочные изменения сплава в сварном шве;
• фазовые изменения, возникающие при переходе расплавленного металла из одного состояния в другое.

Одним из свойств металлов является их способность расширяться при повышении температуры и сжиматься при охлаждении. При плавлении в области сварочного соединения появляется неоднородная термозона.

Она вызывает напряжения сжимающего или растягивающего свойства. Если эти напряжения превышают предел текучести металла, то происходит изменение формы изделия, возникают остаточные деформации.

Разновидности деформаций зависят от того, в каких объемах они проявляются. Выделяют три рода. Деформации первого рода действуют в макрообъемах, деформации второго рода происходят в пределах кристаллических зерен, а третьего рода происходят в кристаллической решетке металла.

Деформации и напряжения при сварке возникают и при кристаллизации сварного шва, когда происходит усадка жидкого металла. Объем остывающего жидкого металла уменьшается, это вызывает напряжения внутри металла. Параллельно и перпендикулярно оси сварочного шва формируются напряжения, которые вызывают изменение формы изделия. Продольные силы вызывают изменения длины сварного шва, а поперечные приводят к угловым деформациям.

При превышении определенных предельных температур при сваривании углеродистых и легированных сталей происходит их структурное превращение. У них появляется другой удельный объем и изменяется коэффициент линейного расширения, что приводит к огромным сварочным напряжениям.

Самые большие из них возникают в легированных сталях. В них образуются закалочные структуры, которые при охлаждении не возвращаются к прежней структуре металла, как в большинстве случаев, а сохраняют колоссальные напряжения могущие привести к разрушению сварного шва.

Для этих сплавов разрабатываются специальные технологические процессы, снижающие остаточные напряжения и деформации.

Как предотвратить

Для предупреждения вредных воздействий сварочных деформаций необходимо соблюдать следующие правила и провести несколько мероприятий:

• сварных швов должно быть минимум, и они должны быть как можно короче;
• количество пересекающихся и разнотолщинных швов так же сводят к минимуму;
• сварочные соединения делают с плавным переходом толщин;
• металл наплавляют в минимальном количестве;
• в самых напряженных местах конструкции швы вовсе не делают;
• оставляют припуск на усадку.

Необходимо правильно выбирать способ сварки, который зависит от свариваемости материалов, энергии и режима. Чтобы уменьшить зону прогрева, нужно увеличить скорость сваривания. Для увеличения глубины сварки (прогрев в толщину) необходимо увеличить силу тока.

Для уменьшения вредных воздействий нагрева в зоне сваривания сварщику необходимо по возможности избегать прихваток.

Положительный результат дает использование зажимов и других сварочных приспособлений. Они позволяют сохранить подвижность деталей при сварке в продольном направлении и препятствовать угловому перемещению.

Заготовки располагают таким образом, чтобы возникающие при остывании сварочные деформации были противоположны напряжениям.

Для уменьшения остаточных напряжений и деформаций надо использовать предварительный нагрев. Кроме этого нужно правильно выбрать технологию сварки.

Последовательность наложения швов должна уравновешивать возникающие напряжения. Накладывать швы надо так, чтобы свариваемые детали имели наибольшую подвижность.

В процессе сварки проводят проковку сварного шва, что деформирует остывающее сварное соединение и уменьшает воздействие усадки.

Способы устранения напряжений

Напряжения устраняют отжигом или механическими методами. Отжиг является самым эффективным методом снятия напряжений. Его применяют, когда к изделию предъявляются повышенные требования к точности геометрических размеров.

Он может быть общим или местным. Чаще всего отжиг производят при 550-680 °C. Выделяют три его стадии: нагрев, выдержка, остывание.

Из механических способов устранения напряжений применяют проковку, прокатку, вибрацию, обработку взрывом, приводящие к пластической деформации обратного знака.

Проковку делают пневмомолотком, а виброобработку специальным устройством вызывающим вибрацию изделия с резонансной частотой в пределах 10-120 Гц в течение нескольких минут.

Способы устранения деформаций

Сварочные деформации могут проходить в плоскости и с выведением из плоскости. О деформациях в плоскости говорят, когда изменяются геометрические размеры конструкции. Деформация из плоскости соответствует угловым изменениям детали, искривлению листовой поверхности.

Для устранения таких явлений применяют термическую правку с местным или общим нагревом, холодную механическую и термомеханическую.

Термический способ с местным нагревом основывается на том, что при охлаждении металл сжимается. Для устранения сварочных деформаций растянутую часть изделия сначала нагревают (горелкой или дугой), при этом окружающий сплав остается холодным и не дает горячему участку сильно расшириться.

При остывании изделие выпрямляется. Так правят балки, листовые полосы и некоторые другие детали.

Если происходит полный отжиг, то конструкцию закрепляют в устройстве, создающем давление на требуемые зоны, и помещают в печь для нагрева.

Холодную правку делают, используя постоянные нагрузки. Для этого применяют различные прессы или валки для прокатки длинномерных изделий типа труб или двутавровых балок, в необходимых местах они деформируются.

Термомеханическую правку производят с применением силовой нагрузки при местном нагреве изделия. Такой способ применяют к сильно растянутым деталям. Вначале собирают излишек металла в так называемые купола, а затем прогревают эти участки.

Технологию правки выбирают в зависимости от особенностей сварочной деформации и типа металлического изделия, его размеров, конфигурации. Обращают внимание также и на трудозатраты, останавливаясь на самом эффективном методе.

Деформации и напряжения при сварке: причины, виды, способы устранения

В производстве металлоконструкций самые надежные и долговечные соединения обеспечивает сварочная технология при условии безошибочного проведения работ. Если же хоть незначительно нарушаются технологии процесса, то в создаваемой конструкции формируются деформации и напряжения при сварке. При этом искривляются формы, возникают неточности в размерах изделия, что делает невозможным качественное выполнение функциональных задач.

Что являют собой напряжения и деформации

Появлением напряжений и искажений сопровождается любое силовое воздействие на металлическое изделие. Силу, которая оказывает давление на единицу площади называют напряжением, а нарушение целостности форм и размеров в результате силовой нагрузки называют деформацией.

Напряжение может быть вызвано физическим усилием сжимающего, растягивающего, срезающего или изгибающего характера. Когда сварочные напряжения и деформации превышают допустимые значения, то это влечет за собой разрушению отдельных элементов и всей конструкции.

Почему образуются деформации и напряжения

Деформации при сварке появляются из-за вызванных разными факторами внутренних напряжений. Причины таких нарушений условно разделяют на две большие категории: основные (неизбежные), которые всегда присутствуют при сварочных работах и сопутствующие, которые подлежат устранению.

Причины неизбежные

Группу основных составляют следующие причины возникновения напряжений и деформаций при сварке:
структурные видоизменения, провоцирующие развитие сжимающих и растягивающих напряжений. Довольно часто при охлаждении изделий, выполненных из высокоуглеродистых и легированных стальных сплавов при нарушается зернистая структура металлов и размеры самих деталей.

В результате меняется первоначальный объем металла, что собственно и поднимает внутреннее напряжение;

• неравномерный прогрев. В процессе сварки нагревается только задействованный участок металла, при этом он расширяется и оказывает влияние на менее нагретые слои. Образующаяся вследствие прерывистого прогрева высокая концентрация напряжений в сварных соединениях в основном зависит от показателей линейного расширения, степени теплопроводности и температурного режима. Чем выше эти показатели, тем меньшей является теплопроводность металла и соответственно возрастают риски неточностей сварочном шве;
• литейная усадка, когда объем металла заметно уменьшается из-за его кристаллизации. Объясняется это тем, что в расплавленном металле под влиянием усадки образуется сварочное напряжение, которое может быть одновременно поперечным и продольным.

Не только внешние силовые воздействия способны спровоцировать напряжение при сварке. Металлическим сплавам характерны также свои собственные напряжения и деформации, которые разделяются на остаточные и временные. Первые возникают вследствие пластичной деформации и даже после охлаждения конструкции они в ней остаются. Когда появляются временные сварочные деформации? Непосредственно в процессе сваривания в прочно зафиксированном изделии.

Сопутствующие причины

Кроме основных существуют также побочные причины возникновения деформаций при сварке. К таковым относят:

• отклонение от технологических нормативов, например, использование не подходящих для конкретного случая электродов, нарушение режимов сварки, недостаточная подготовка изделия к сварочному процессу и другие;
• несоответствие конструктивных решений: частое пересечение между собой сварных соединений или недостаточное расстояние между ними, неточно подобранный тип шва и т. д.;
• отсутствие опыта и соответственных знаний у сварщика.

Что из перечисленного вызывает концентрацию напряжений в сварных соединениях? Любое неправильное действие приводит к технологическим дефектам шва, в частности к появлению трещин, пузырей, непроваров и других браков.

Виды деформаций и напряжений

Различают разные виды напряжений в зависимости от характера их возникновения, периода действия и других факторов. В таблице ниже показано что вызывает концентрацию напряжений в сварных соединениях и какими они бывают.

Характер возникновения	Тип напряжения	Чем вызвано нарушение
В соответствии причины появления	Тепловые	Неравномерный прогрев из-за перепада температур в процессе сварки
	Структурные	Изменения в структуре металла при нагревании его выше предельно допустимой температуры
По времени существования	Временные	Образуются при фазовых видоизменениях, но постепенно исчезают вследствие охлаждения
	Остаточные	Даже после ликвидации причин их появления присутствуют в изделии
По охватываемой площади	Действующие в пределах всей конструкции
	Действующие только в зернах структуры материала
	Присутствующие в кристаллической решетке металла
По направленности действия	Продольные	Образуются вдоль линии сварочного шва
	Поперечные	Располагаются перпендикулярно к оси соединения
По виду напряженного состояния	Линейные	Только в одном направлении распространяется действие
	Плоскостные	Образуются в двух разных направлениях
	Объемные	Оказывают одновременно трехстороннее воздействие

Виды деформаций при сварке бывают:

• местные и общие. Первые возникают на отдельных участках и изменяют только часть изделия. Вторые проводят к изменению размера всей конструкции и искривлению ее геометрической оси;
• временные и конечные. Возникающие в конкретный момент сварочные деформации называют временными, а те, которые после полного охлаждения изделия остаются в нем — остаточными;
• упругие и пластичные. Когда после сварки размер и форма конструкции полностью восстанавливаются, деформация упругая, если дефекты остаются — пластичная.

Деформации металла возможны как в плоскости сварной конструкции, так и вне нее.

Тестирование сварных швов и расчет деформаций

С целью определения прочности и надежности шва, и выявления возникших дефектов проводится тестирование сварных соединений. Такой контроль позволяет своевременно обнаружить браки и оперативно их устранить.

Для выявления изъянов используют следующие типы контроля:

• разрушающий. Позволяет исследовать физические качества сварного шва, активно применятся на производственных предприятиях;
• неразрушающий. Проводится посредством внешнего осмотра, капиллярного метода, магнитной или ультразвуковой дефектоскопии, контролем на проницаемость и другими способами.

При производстве конструкций с применением сварки одним из важных нюансов является точное определение возможных деформаций и напряжений. Их наличие приводит к отклонениям от первоначальных размеров и форм изделий, понижает прочность конструкций и ухудшает эксплуатационные качества.

Расчет сварочных напряжений и деформаций позволяет проанализировать разные варианты проведения сварочных операций и спланировать их последовательность так, чтобы в процессе работ конструкция подвергалась минимальным напряжениям и образованию дефектов.

Способы устранения сварочных напряжений

Дли ликвидации напряжений проводят отжиг или же используют механические методы. Наиболее прогрессивным и действенным считается отжиг. Применяется метод в случаях, когда к геометрической точности всех параметров изделия выдвигаются сверхвысокие требования.

Отжиг может быть общим или местным. В большинстве случаев проводят процедуру при температуре 550-680°С. Весь процесс проводится в три этапа: нагрев, выдержка и остывание.

Из механических способов чаще всего используется прокатка, проковка, техника вибрации и обработка взрывом. Проковка проводится с применением пневмомолота. Для виброобработки используют вызывающие вибрацию устройства, у которых в течение нескольких минут 10-120 Гц составляет резонансная частота.

Способы устранения деформации

Деформация металла при сварке устраняется термомеханической, холодной механической и термической правкой с общим или местным нагревом. При полном отжиге конструкция прочно фиксируется в специальном устройстве, которое на требуемые участки образует давление. После закрепления изделие помещается в печь для нагрева.

Принцип термического способа состоит в том, что в процессе охлаждения металл сжимается. Растянутый участок нагревают с помощью дуги или горелки таким образом, чтобы холодным оставался окружающий сплав. Это препятствует сильному расширению горячего участка. В процессе остывания конструкция выпрямляется. Метод идеально подходит для правки листовых полос, балок и других изделий.

Холодная правка проводится с применением постоянных нагрузок, которые образуют с помощью разнообразных прессов, валков для прокатки длинных конструкций. В сильно растянутых конструкциях для ликвидации деформаций используют термическую правку. Сперва собираются излишки металла, после чего проблемные участки прогреваются.

Какой из методов считается самым лучшим? Однозначного ответа здесь не существует. При выборе технологии следует учитывать тип, размеры и формы металлического изделия, какие особенности вызвали деформации и сварочные напряжения, и деформации, возникшие в плоскости или снаружи. Также внимание стоит обратить на эффективности методики и предстоящих трудозатратах.

Как предотвратить возникновение напряжений и деформации

Чтобы повысить качество конструкций и предотвратить образование браков, следует знать от чего зависит величина деформации свариваемого металла.

Понизить напряжения в процессе сварочных работ и предотвратить деформации можно, если придерживаться следующих правил:

• при проектировании сварной конструкции сперва нужно провести расчет сварочных деформаций, что позволит правильно сформировать сечения швов и предусмотреть на отдельных участках изделия необходимые для усадки припуски;
• швы нужно выполнять симметрично к профильным осям всего изделия и отдельных его деталей;
• очень важно, чтобы в одной точке не было пересечений более чем трех швов;
• перед свариванием конструкцию необходимо проверить на соответствие расчетам величин зазоров в стыках и общих размеров;
• понизить остаточную деформацию можно, если создать в соединении искусственную деформацию, противоположную по знаку от выполняемой сварки. Для этого применяется общий или местный подогрев конструкции;
• при выполнении длинных швов применять обратноступенчатый способ на проход;
• использовать теплоотводящие прокладки или охлаждающие смеси, способные уменьшить зону разогрева;
• накладывать швы таким образом, чтобы последующее соединение вызывало обратные от предыдущих швов деформации;
• подбирать для вязких металлов такие сварочные техники, которые способны понизить конечные деформации.

Нужно понимать, чтобы понизить к минимуму деформации при сварке, причины их возникновения и меры предупреждения непосредственно повязаны между собой. Поэтому вначале нужно провести все расчеты и подготовительные работы, и только после этого приступать к процессу сваривания металлоконструкций.

Методы противодействия сварочным деформациям и напряжениям

Намного проще предотвратить проблему, нежели ее устранять. Касается это также сварочных работ. Чтобы не столкнуться с устранением брака, а также избежать лишних финансовых затрат следует обратить внимание на некоторые меры борьбы со сварочными напряжениями и деформациями.

Сопроводительный и предварительный подогрев

Выполнение таких видов подогрева улучшает качественные характеристики шва и прилегающих к нему участков. Также метод способствует уменьшению остаточного напряжения и пластических деформаций. Применяют подогрев для склонных к возникновению кристаллизационных трещин и закалке сталей.

Наложение швов в обратно ступенчатом порядке

Если длина шва превышает 1000 миллиметров, то следует разбить его на отдельные участки протяжностью 100-150 мм каждый и вести их нужно противоположно к направлению сварки. Применение такого способа позволяет достичь равномерного нагревания металла и существенно понизить деформацию, что нельзя отнести к случаю последовательного наложения.

Проковка швов

Как холодный, так и нагретый металл можно проковывать. Металл от силы удара разжимается в разные стороны, понижая таким образом растягивающее напряжение. Если конструкция создана из склонного к появлению закалочных структур металла, то на таких изделиях проковка не выполняется.

Выравнивание деформаций

Сущность способа состоит в подборе порядка выполнения швов. При этом каждое последующий шов должен создавать противодействующую деформацию предыдущему соединению. Очень актуально это при сваривании двусторонних соединений.

Жесткое крепление деталей

В течение всего процесса сварки обрабатываемые детали необходимо жестко и прочно закреплять в кондукторах. Вынимать можно только после полного охлаждения. Следует обратить внимание, что у такого метода есть один недостаток — повышенные риски появления внутренних напряжений.

Термическая обработка

Улучшает механические характеристики шва и расположенных вблизи участков, выравнивает структуру соединения, понижает внутренние напряжения. Термическая обработка состоит из разных операций: отпуск, отжиг (полный или низкотемпературный), нормализация.

Наилучшим способом обработки для сварных изделий считается нормализация, особенно хорошо подходит метод для изделий из низкоуглеродистых сталей.

Интересное видео

Билеты экзамена для проверки знаний специалистов сварочного производства 1 уровень

БИЛЕТ 8

ВОПРОС 1. Какие основные параметры характеризуют режим ручной дуговой сварки?

1. Род тока, полярность, толщина свариваемого металла.

2. Величина сварочного тока, диаметр электрода, род тока и полярность.

3. Напряжение на дуге, марка свариваемого металла.

ВОПРОС 2. Какой буквой русского алфавита обозначают титан и хром в маркировке стали?

1. Титан-Т, хром-Х.

2. Титан-В, хром-Ф.

3. Титан-Т, хром-Г.

ВОПРОС 3. Какие стали относятся к высокохромистым сталям?

1. 03Х16Н9М2, 15Х1М1Ф, 10Х18Н9.

2. 08Х13, 06Х12Н3Д, 1Х12В2МФ.

3. 10Х2М, 20ХМА, 10ХН1М.

ВОПРОС 4. Какая причина образования кратера?

1. В результате резкого отвода дуги от сварочной ванны.

2. Кратер образуется на месте выделения газов в процессе сварки.

2. Кратер образуется из-за значительной усадки металла в процессе кристаллизации.

ВОПРОС 5. Что необходимо предпринять, если установленный режим сварки не обеспечивает заданную глубину проплавления?

1. Увеличить длину дуги при сварке.

2. Увеличить скорость сварки.

3. Увеличить силу тока.

ВОПРОС 6. С какой целью производят подогрев свариваемых кромок при низких температурах?

1. Чтобы увеличить глубину проплавления кромок.

2. Чтобы сплавления между собой основного и наплавленного металла.

3. Чтобы снизить скорость охлаждения шва после сварки и избежать появления трещин.

ВОПРОС 7. Для какого класса сталей применяют при сварке электроды типов Э70, Э85, Э100, Э125, Э150?

1. Для сварки теплоустойчивых сталей.

2. Для сварки конструкционных сталей повышенной и высокой прочности.

3. Для сварки углеродистых и низколегированных конструкционных сталей.

ВОПРОС 8. Укажите роль шлакообразующих веществ в электродном покрытии?

1. Защищают расплавленный металл от взаимодействия с воздухом.

2. Легируют наплавленный металл.

3. Защищают расплавленный металл от разбрызгивания.

ВОПРОС 9. Для чего нужна спецодежда сварщику?

1. Для защиты сварщика от тепловых, световых, механических и других воздействий сварочного процесса.

2. Для защиты сварщика от поражения электрическим током.

3. Для защиты сварщика от выделяющихся вредных аэрозолей.

ВОПРОС 10. Укажите наиболее полный перечень требований поверхности свариваемых элементов?

1. Горячекатаный метал разрешается применять в состоянии поставки.

2. Поверхность свариваемых кромок должна быть чистой, без окалины, ржавчины, масла, смазки и грязи.

3.Поверхность свариваемых элементов не должна иметь следов влаги.

ВОПРОС 11. Укажите место возбуждения и гашения дуги при ручной дуговой сварке кольцевых соединений.

1. На поверхности изделия на расстоянии не менее 20мм.

2. В разделке кромок или на ранее выполненном шве.

3. На внутренней поверхности трубы на расстоянии не менее 10мм.

ВОПРОС 12. Какие углеродистые стали относятся к удовлетварительно свариваемым?

1. С содержанием углерода до 0,25 %.

2. С содержанием углерода от 0,25 % до 0,35 %.

3. С содержанием хрома и марганца от 0,4% до 1,0%.

ВОПРОС 13. Влияет ли род и полярность тока на величину провара при ручной дуговой сварке?

1. Не влияет.

2. Влияет незначительно.

3. Влияет существенно.

ВОПРОС 14. К каким последствиям может привести чрезмерное увеличение угла разделки свариваемых кромок?

1. К прожогу металла.

2. К увеличению трудоемкости сварки и расхода сварочных материалов.

3. К несплавлению кромок.

ВОПРОС 15. Как влияет величина объема металла, наплавленного в разделку за один проход, на величину деформации сварных соединений?

1. С увеличением объема увеличивается деформация сварного соединения.

2. С увеличением объема уменьшается деформация сварного соединения.

3. Объем наплавленного металла практически не влияет на деформация сварного соединения.

ВОПРОС 16. Как влияет содержание серы и фосфора на свариваемость?

1. Не влияет.

2. Повышает свариваемость, при условии предварительного подогрева стали.

3. Их повышение способствует появлению трещин, ухудшает свариваемость стали.

ВОПРОС 17. При какой форме разделки кромок под сварку величина остаточных деформаций сваренных между собой листов (плит) окажется меньше?

1. X- образная.

2. U- образная.

3. V- образная.

ВОПРОС 18. Какой дефект сварного соединения называют наплывом?

1. Дефект в виде металла, натекшего на поверхность сваренного металла и не сплавившегося с ним.

2. Неровности поверхности металла шва или наплавленного металла.

3. Несплавление валика металла шва с основным металлом.

ВОПРОС 19. Можно ли использовать электроды, хранившиеся зимой в сухом не отапливаемом помещении?

1. Нельзя.

2. Можно после прокалки в печи.

3. Можно.

ВОПРОС 20. С какой целью уменьшают величину сварочного тока при сварке в потолочном положении?

1. Чтобы исключить появление прожогов в сварном соединении.

2. Чтобы исключить появление непроваров в сварном соединении.

3. Чтобы уменьшить объем расплавленной ванны металла.

Для перехода на следующую страницу, воспользуйтесь постраничной навигацией ниже

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

5 ДЕФЕКТЫ, ДЕФОРМАЦИЯ И ИНТЕРФЕЙСЫ | Математические исследования в материаловедении: возможности и перспективы

РАЗРАБОТКА МЕЗОМАСШТАБНОЙ СТАТИСТИЧЕСКОЙ МЕХАНИКИ ТВЕРДЫХ

Многие важные проблемы в науке о твердом теле, особенно о металлах и полупроводниках, связаны с предсказанием дефектов, таких как скопления примесей и точечные дефекты, дислокации, границы зерен и границы раздела фаз в твердой решетке.Эти явления моделируются в макроскопических теориях континуума с использованием определяющих моделей и скоростных выражений, для которых коэффициенты берутся либо из экспериментов, либо из других макроскопических теорий. Прямое моделирование методами ab initio и даже атомистические расчеты с использованием эмпирических межатомных потенциалов во многих случаях слишком дороги, чтобы иметь практическое применение для сложных систем (см. Главу 8).

Математический анализ, направленный на объединение прямого моделирования локального поведения с теорией среднего поля, необходим для разработки описания неоднородных твердых фаз.Подходы термодинамического функционала плотности, разработанные для описания границ раздела жидкость / газ и твердое тело / жидкость, являются первым шагом к развитию такой теории среднего поля. Функциональные теории плотности оказались успешными для относительно простых задач, например, при описании границ раздела в системах, управляемых простыми межмолекулярными потенциалами, такими как твердые сферы и потенциалы Леннарда-Джонса, но не были распространены на общую структуру, которая позволила бы вводить данные из более сложных межатомных описания или из расчетов ab initio.Эти расширения потребуют ввода математического анализа, численного анализа и статистической физики.

МЕХАНИКА ДЕФЕКТОВ И ИНТЕРФЕЙСОВ

Описание точечных дефектов, кластеров дефектов, дислокаций и границ раздела с использованием классической теории упругости, нелинейной упругости и атомистической теории является основной областью исследований микромеханики, которая объединяет физику и инженерию (Hirth and Lothe, 1982; Mura, 1982). Задача состоит в том, чтобы описать конфигурации дислокаций, пустот, выделений, двойников, границ раздела фаз, вакансий и кластеров, описать взаимодействие в этих конфигурациях и понять, как эти конфигурации вызывают макроскопические явления, такие как пластичность, магнитный гистерезис. , и кинетика превращения.Большая часть прошлых работ была посвящена равновесным конфигурациям дефектов — см., Например, Mura and Nakasone (1989), Qin et al. (1991), Fan et al. (1991), Венкатараман и др. (1991) и Мура (1987). Математические модели распределения дислокаций были разработаны Head et al. (1987), а методы свободной границы использовались для изучения таких моделей в работах Каффарелли и Фридмана (1988) и Ховисона (1990). В настоящее время необходимо понять эволюцию дефектов во время деформации и зарождения трещин при циклическом нагружении.Использование нелинейной упругости, потенциалов атомистического взаимодействия и, иногда, уравнения Шредингера часто требуется в этих задачах, например, в задачах зарождения трещин, скоплений дефектов и других аспектов неоднородности материала и неоднородности деформации (Morinaga et al., 1987 , 1988; Sato et al., 1988; Watanabe et al., 1989). Во многих случаях, таких как инверсия остаточных напряжений и пластическая деформация из-за поверхностных смещений, а также прогнозирование на основе данных испытаний на вырыв скольжения и отслоения волокна от матрицы, проблемы являются обратными задачами.Такие некорректно поставленные проблемы можно решить при определенных обстоятельствах (Gao

.

Влияние коэффициента теплового расширения подложки на термические остаточные напряжения в напыленных пленках W-Si-N

[1] J. Perry, L. Chollet, J. Vac. Sci. Технол., A4 (1986) 2801.

[2] Д.S. Rickerby, J. Vac. Sci. Технол., А4 (1986) 2813.

[3] Дж. Э. Сандгрен, Тонкие твердые пленки, 128 (1985) 21.

[4] Д.Т. Куинто, Г.Дж. Вулф, П. Джиндал, Тонкие твердые пленки, 153 (1987) 19.

[5] К. Луро, А. Кавалейро, Тонкие твердые пленки, 343/344 (1999) 50, Surf.Пальто. Технол., 116/119 (1999) 74 и 123 (2000) 192.

[6] Ф. Тейшейра-Диас, Л.Ф. Менезеш; Int. J. Численные методы в инженерии, 50: 629, (2001).

[7] J.M. Antunes, A. Cavaleiro, L.F. Menezes, M.I. Simões, J.V. Fernandes, Surf. Пальто. Технолоджи, 149 (2002) 27.

[8] Л.Ананд; Международный журнал пластичности, 1 (1985) 213.

[9] TJR Hughes; Int. J. Численные методы в инженерии, 15 (1980) 1413.

[10] HJ Golschmidt в «Сплавы внедрения», изд. Butterworth & Co, Лондон (1967), гл. 7.

[11] С.Луро, докторская диссертация, Коимбрский университет, Португалия (2000 г.).

[12] Каталог Гудфеллоу (2000/2001).

.

Экспериментальная процедура для определения взаимодействия между приложенными нагрузками и остаточными напряжениями

[1] R6, Редакция 4, Оценка целостности конструкций, содержащих дефекты. EDF Energy, (2010).

[2] Р.А. Эйнсворт. Eng Fract Mech, 96: 558-569, 2012.DOI: 10. 1016 / j. engfracmech. 2012. 09. 009.

[3] Си Джей Эйрд, С.Хадиди-Муд, С.Е. Трумэн и Д.Дж. Смит. J ASTM Int, 5 (8): 355-373, 2009. DOI: 10. 1520 / JAI101608.

[4] Д.Дж. Смит, Дж. Макфадден, С. Хадиди-Муд, А.Дж. Смит, А.Дж. Стормонт-Дарлинг, А.А. Азиз. P I Mech Eng C-J Mec, 224 (4): 777-787, 2010. DOI: 10. 1243 / 09544062JMES1733.

[5] Г.Хорн, С.Дж. Эйрд и Д.Дж. Смит. В оценке инженерной структурной целостности: от проектирования, изготовления и эксплуатации до утилизации., Манчестер, Великобритания, 2011. FESI.

[6] Г.Хорн и Д. Дж. Смит. В ASME PVP, номер PVP2012-78225, Торонто, Онтарио, Канада, (2012).

[7] А-Х Махмуди, К.Эйрд, К.Е. Трумэн, А. Мирзаи-Сисан и Д.Дж. Смит. В ASME PVP, номер PVP2006-ICPVT11-93620, Ванкувер, Британская Колумбия, Канада, (2006).

[8] Р.А. Эйнсворт, Дж. Шарплз, С.Д. Смит. J. Анализ деформации, 35 (4): 307-316, 2000. DOI: 10. 1243/0309324001514431.

[9] М.Peel, A. Steuwer, M. Preuss и P.J. Withers. Acta Mater, 51 (16): 4791-4801, 2003. DOI: 10. 1016 / S1359-6454 (03) 00319-7.

DOI: 10.1016 / s1359-6454 (03) 00319-7

[10] Д.А. Прайс, С. Уильямс, А. Вескотт, C.J.C. Харрисон, А. Резаи, А. Стювер, М. Пил, П. Старон и М. Кочак. Sci Technol Weld Joi, 12 (7): 620-633, 2007. DOI: 10. 1179 / 174329307X213864.

DOI: 10.1179 / 174329307×213864

[11] Т.Gnäupel-Herold. J Appld Crystallogr, 45: 573-574, 2012. DOI: 10. 1107 / S0021889812014252.

.