Правка сварных соединений
В сварных и паяных изделиях в ходе изготовления вероятны отклонения в размерах либо искажение формы, вызванные деформацией изделий. Это явление не просто так; оно свойственно технологическим процессам, сопровождающимся неравномерным нагревом. Особенно довольно часто это видится в сварных изделиях.
При расплавлении металла и местном разогреве, его последующей кристаллизации и охлаждении в изделии появляются за счет термического расширения и после этого усадки пластические деформации и остаточные напряжения. На рис. 1 приведена схема деформаций при местном нагреве по кромке полосы.
Величина остаточных напряжений, взятых за счет неравномерного нагрева, зависит от многих условий, в частности: от особенностей материалов соединяемых подробностей, от режима и способа сварки либо пайки, от конструкции самих расположения и узлов соединений, от последовательности исполнения сварки и др.
При других равных условиях остаточные напряжения в большинстве случаев больше при сварке материалов с громадным коэффициентом линейного расширения. Вследствие этого, к примеру, в конструкциях из нержавеющих и сплавов и жаропрочных сталей, из титаного сплава и его сплавов остаточные напряжения больше, чем в изделиях из малоуглеродистых сталей либо сталей типа ЗОХГСА. Влияние режима и способа сварки либо пайки прежде всего связано с жесткостью теплового действия.
При твёрдых режимах нагрева количество металла, претерпевающего пластические деформации, меньше и среднее укорочение при охлаждении узла кроме этого значительно уменьшается. В следствии при твёрдых режимах нагрева появляются меньшие Деформации изделия, чем при мягких.
Вследствие этого, к примеру, громадная склонность к короблению отмечается при сварке плавлением, чем при электроконтактной, а сварка кислородно-ацетиленовым пламенем ведет к громадным короблениям, чем сварка электродуговая; при сварке электроконтактной коробление больше на мягких режимах, чем при сварке на твёрдых режимах и т. д. Чем выше температура и больше количество металла, нагреваемого до большой температуры, тем заметнее остаточные деформации.
Рис. 1. Схема деформаций при неравномерном нагреве полосы: а — нагреваемая полоса, б — неспециализированные деформации при нагреве, в — неспециализированные остаточные деформации
Громадное влияние на происхождение деформаций изделия оказывает их сборки закрепление и качество деталей перед сваркой. Неточно выдержанные зазоры, возможность перемещения подробностей при сварке и т. п. приводят к появлению чрезмерных размеров и искажений формы свариваемого изделия.
Наровне с тепловыми напряжениями при сварке смогут воз-; никнуть напряжения, обусловленные изменениями и превращениями структуры в территориях главного металла, нагревавшегося выше критических температур. При сварке металлических изделий особенно легко смогут появиться структурные напряжения при образовании мартенсита, владеющего громаднейшим удельным количеством. Зависимость от температуры объемных трансформаций в стали при охлаждении и нагреве продемонстрирована на рис. 2.
Другая картина отмечается у легированных закаливающихся сталей, у которых распад аустенита происходит при более низких температурах — в промежутке 200 — 350° С, в то время, когда металл будет в упругом состоянии, владея большой прочностью. Такие структурные превращения сопровождаются происхождением структурных напряжений. Растягивающие напряжения от структурных превращений приводят к дополнительному росту пластических деформаций, каковые в малопластичных сталях смогут привести к образованию трещин.
Исходя из этого сварочные напряжения в закаливающихся сталях более страшны и для сварки таких материалов требуется разработка более сложного технологического процесса.
Рис. 2. Зависимость объемных трансформаций в стали при охлаждении и нагреве от температуры:
1 — кривая нагрева для всех сталей, 2 — кривая охлаждения для малоуглеродистой стали, Л — кривая охлаждения легированной стали
Приведенные на рис. 3 примеры иллюстрируют обычные случаи коробления сварных узлов.
С целью исключения либо уменьшения деформаций при сварке в зависимости от типа изготовляемых узлов в большинстве случаев используют разные предварительные меры.
Рис. 3. Обычные корооления сварных узлов: а — тавровой балки, б — кольцевых швов обечаек, в и г — продольных швов обечаек
При сварке конструкций из тонколистовых материалов чаще всего встречаемым видом короблений являются выпучины в плоскости страницы. Дабы избежать образования выпучин при нагреве от сварки, в особенности в условиях сварки плавлением, нужно создавать сварку в приспособлениях с прижимами, расположенными вероятно ближе к свариваемым кромкам страниц. Во многих случаях хорошие результаты достигаются применением предварительного выгиба свариваемых подробностей.
Рис. 4. Примеры предварительного выгиба подробностей для предотвращения короблений сварных узлов
Обратный выгиб свариваемых кромок особенно применим для борьбы с угловыми деформациями стыковых соединений. Так, при сварке стыкового соединения с V-образной формой кромок свариваемые страницы перед сваркой нужно располагать под некоторым углом друг к другу. При сварке страниц большей ширины возможно предварительно выгнуть свариваемые кромки (рис. 55) на угол, равный углу ожидаемой деформации, но с противоположным знаком.
Величина предварительного выгиба определяется умелым методом либо расчетом.
При сварке цилиндрических конструкций, к примеру обечаек, смогут появляться два вида деформации: искривление по образующей от продольного укорочения шва и угловая деформация от неравномерного нагрева металла в стыковом соединении. С целью избежать либо хотя бы уменьшить указанные деформации до сварки вовнутрь обечайки устанавливаются распоры, повышающие ее продольную и поперечную жесткость, благодаря чему остаточные деформации уменьшаются при некоем повышении пластических деформаций растяжения.
Угловые деформации (завал стыка) возможно не допустить, как указывалось, предварительно выгнув кромки в сторону, обратную ожидаемым деформациям.
В некоторых случаях рекомендуется местный подогрев, но не самих свариваемых кромок, а участков подробностей на некоем расстоянии от шва, где появляются напряжения растяжения при сварке и сжатия при охлаждении изделия. Время от времени используется и неспециализированный подогрев перед сваркой.
Неспециализированный либо местный подогрев целесообразен, в основном, при сварке изделий из малопластичных материалов, таких как закаливающиеся сплавы и стали, для предотвращения скорости возникновения и уменьшения охлаждения структурных напряжений. Коробления понижаются кроме этого при уменьшении либо полном снятии сварочных напряжений.
Для этого употребляются разные методы местной обработки швов и околошовной территории, при которых создаются дополнительные пластические деформации растяжения, ликвидирующие деформации сжатия, появляющиеся при сварке. К таким методам относится обработка швов проколачиванием либо прокаткой.
самый эффективным методом снятия напряжений есть термическая обработка, которой частенько подвергаются сварные изделия из легированных сплавов и сталей.
Для снятия напряжений в большинстве случаев назначается большой отпуск (либо низкий отжиг) с нагревом до температур 600 — 650 °С с выдержкой при данной температуре и медленным охлаждением. При нагреве предел текучести материала очень сильно падает и при температуре порядка 600 °С близок к нулю, исходя из этого материал не оказывает сопротивления пластическим деформациям, благодаря чему внутренние остаточные напряжения всецело исчезают.
Но термическая обработка готовых изделий довольно часто затрудняется техническими и экономическими мыслями (необходимость создания особых печей, удлинение технологического цикла и т. п.). Исходя из этого назначению этого вида обработки обязан предшествовать тщательный анализ всех условий производства.
Деформации узлов смогут быть существенно уменьшены выбором соответствующей разработке сварки (способ сварки, порядок наложения швов, условия охлаждения и т. п.).
Коробление сварных узлов прежде всего проявляется в нарушении заданного чертежом размещения стыковочных элементов и в искривлении осей. В практических условиях, в то время, когда не всегда удается всецело предотвратить происхождение деформаций, используется правка изделий.
В зависимости от конструкции изделия, степени коробления, термического состояния и типа материалов употребляются три главных вида правки:
а) холодная правка с применением статических и динамических упрочнений;
б) правка с местным нагревом;
в) правка с неспециализированным нагревом.
Первый вид правки технически есть самый простым. Фундаментальный принцип таковой правки содержится в растяжении сжатых участков деформированного узла. В зависимости от конструкции узла, величины деформации, принятой степени механизации технологического процесса и требуемой точности изготовления холодная правка может выполняться разными способами.
самый простым способом правки есть проковка сжатой части изделия вручную молотком на оправках; она применима для относительно маленьких изделий из тонколистовых материалов. Таким же методом удается ликвидировать выпучины в листовых подробностях, создавая проковку с краев подробности с перемещением к месту размещения выпучины.
Чаще всего холодная правка производится с приложением статических, безударных нагрузок. Для данной цели употребляются ручные прессы, чаще винтовые, особые правочные приспособления, металлические пуансоны для обжатия на механизированных прессах, прокатка на трехвалковых станках.
Для тел вращения из тонколистовых материалов с успехом возможно применена обкатка металлическими роликами и особенно калибровка разжимными пуансонами, в большинстве случаев устанавливаемыми на прессах типа ПКД. Применение таковой механизированной калибровки во многих случаях разрешает всецело устранить ручные доработки, добиться сокращения неспециализированной трудоемкости изготовления сварных узлов в 1,5 — 2 раза и повысить точность и качество.
Правка с нагревом основана на развитии пластических деформаций сжатия растянутых участков узла. При правке этим методом в большинстве случаев нагревают растянутую часть деформированной подробности (рис. 6), предстоящее удлинение которой ограничено особым правочным приспособлением либо фиксаторами предварительного натяга.
При правке выпучин в листовых конструкциях нагревается выпуклая часть в отдельных точках в шахматном порядке. Любой нагретый участок пытается расшириться, но в следствии противодействия со стороны окружающего холодного металла в нем появляются пластические деформации сжатия. По окончании охлаждения размер нагретой окружности по диаметру значительно уменьшается, в ней появляются напряжения растяжения, что и ведет к ликвидации выпучины.
В зависимости от конфигурации узла и типа материала нагрев может выполняться газовой горелкой, электрической дугой с неплавящимся электродом, на автомобилях для точечной сварки и токами высокой частоты.
Рис. 5. Методы механизированной правки сварных узлов, имеющих форму тел вращения: а — прокатка металлическими роликами, б — правка на раздвижных пуансонах, в — правка на распорном приспособлении, 1 — металлические ролики, 2 — сварной узел, 3 — сектора раздвижного пуансона, 4 — клин, 5 — раздвижные сектора оправки, 6 — винтовая распорка
Правка с неспециализированным нагревом дает возможность приобрести наиболее прекрасные результаты по сравнению с другими способами, поскольку конструкция не приобретает никаких местных трансформаций. В этом случае правку направляться совмещать с нагревом под окончательную термическую обработку. Но применение для того чтобы вида правки затрудняется тем, что правка с неспециализированным нагревом требует создания жаростойких специальных печей и приспособлений нужных габаритов для готовых изделий.
Рис. 6. Правка с нагревом: а — по плоскости, б — правка выпучин
Способ правки выбирается с необходимым учетом изюминок материала изделия. Подробности из алюминиевых сплавов в большинстве случаев правятся холодным методом. Тот же метод значительно чаще употребляется и для узлов из достаточно пластичных малоуглеродистых, нержавеющих и сплавов и жаропрочных сталей, не склонных к закалке и хрупкости и повышению твёрдости при сварке.
Правка узлов из конструкционных закаливающихся сталей типа ЗОХГСА и ЗОХГСНА есть более сложной задачей. В этом случае направляться предпочитать правку с нагревом. Правку с местным нагревом возможно применять для конструкций, обработанных на предел прочности не более чем 130 кГ/мм2.
Правка узлов с более большой прочностью по большому счету не рекомендуется и производится крайне редко. При местном подогреве пользуются значительно чаще газовой горелкой либо особыми нагревательными элементами.. При правке вне приспособления температура подогрева 750 — 800 °С, а в приспособлении 600 — 650 °С.
Холодная правка для указанных материалов допускается только на относительно малоответственных узлах с прочностью не более чем 90 кГ/мм2.
Сварные узлы из титановых сплавов рекомендуется править в подогретом состоянии оптимальнеес неспециализированным нагревом в печах при температуре 650 — 700 °С. Изделия наряду с этим жестко фиксируются в приспособлениях. Допускается правка под нагрузкой при одновременном местном нагреве отдельных элементов узла либо участка подробности.
В отдельных случаях допускается холодная правка кроме этого с приложением статических нагрузок.
Но операция правки есть вынужденной. Тщательный анализ всех моментов изготовления конструкций может разрешить исключить либо свести к минимуму деформации в сварных изделиях.
