Сварочные напряжения и деформации
При сварке металлоконструкций появляются деформации и внутренние напряжения, каковые причиняют большое количество трудностей при эксплуатации и изготовлении сварных конструкций.
деформации и Сварочные напряжения смогут привести к следующим нежелательным нежелательным:
— изменение запроектированных размеров сварных конструкций;
— изменение и искривление формы сварных конструкций и узлов в целом (коробление);
— появление разрывов и трещин в ходе изготовления сварных конструкций;
— разрушение сварных конструкций в ходе эксплуатации.
Понятие деформаций и напряжений. Изменение разменов и формы жёсткого тела под действием силы (нагрузки) именуется деформацией. Различают упругие и остаточные деформации.
В случае если размеры и форма тела восстанавливаются по окончании прекращения действия силы (по окончании снятия нагрузки), то деформация именуется упругой. В случае если по окончании снятия нагрузки жёсткое тело не восстанавливает размеры и прежнюю форму — деформация именуемся остаточной (пластической). Размеры деформации определяются величиной действующей нагрузки (упрочнения).
Чем больше упрочнение, тем больше вызываемая им деформация. О величине упрочнения делают выводы по напряжению, которое данное упрочнение вызывает в жёстком теле (конструкции). Между напряжением и вызываемой им деформацией существует прямая, неразрывная сообщение.
Напряжением именуется сила, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения жёсткого тела (конструкции). Различают силы внешние и внутренние. Внешние силы появляются от внешних нагрузок: личный вес конструкции; масса груза при его перемещении грузоподъемными механизмами; напор ветра, действующего на стену сооружения, и т. д. Внутренние силы появляются от охлаждения конструкции и неравномерного нагревания при ее изготовлении либо эксплуатации, от трансформации структуры металла в следствии температурных действий.
деформации и Напряжения, появляющиеся от охлаждения конструкции и неравномерного нагревания, именуются тепловыми (термическими). Тепловые Напряжения смогут привести к изменению геометрических размеров, коробление и деформацию конструкции, смогут привести к образованию трещин в металле конструкций. На величину тепловых деформаций и напряжений металла значительное влияние оказывает отсутствие либо наличие связей и закреплений.
деформаций возникновения и Причины напряжений при сварке.
деформации и Напряжения в сварных конструкциях вызываются разными обстоятельствами. К неизбежным обстоятельствам относятся такие, без которых сварочный процесс происходить неимеетвозможности: неравномерный нагрев, тепловая (литейная) усадка металла, изменения структуры металла шва и околошовной территории. К сопутствующим обстоятельствам, содействующим происхождению деформаций и напряжений, относятся такие, без которых процесс сварки может происходить: ошибочное решение конструкции сварных узлов (близкое размещение швов, нередкое их пересечение, неправильно выбранный вид соединения); неверная разработка сварки (режим сварки, диаметр электрода, методы наложения швов); низкая квалификация сварщика; нарушение геометрических размеров сварных швов.
Наличие сосредоточенного источника тепла (дуги), перемещающегося на протяжении линии шва и вызывающего неравномерное нагревание металла, есть главной причиной происхождения внутренних напряжений в сварных конструкциях. Напряжения появляются в том случае, если сокращению металла и свободному расширению при охлаждении и нагревании мешают соседние участки металла, остающиеся холодными.
Прилегающий к шву металл околошовной территории подвергается сжатию из-за неосуществимости свободного температурного расширения, которому мешают малонагретые и холодные участки главного металла (изделия). При остывании сьарного соединения расплавленный металл шва неимеетвозможности вольно уменьшаться в количестве, равно как и металл околошовной территории неимеетвозможности освободиться от сжатия из-за препятствий со стороны тех же соседних малонагретых и холодных участков главного металла. В следствии этих явлении в сварном соединении неизбежно появляются личные напряжения: по окончании выравнивания температуры сварной шов останется растянутым, а околошовная территория окажется сжатой.
Благодаря литейной (тепловой) усадки расплавленный металл пытается сократить собственный количество, в следствии в соседних слоях металла появляются растягивающие упрочнения, являющиеся обстоятельством образования напряжений. Чем меньше количество расплавленного металла сварочной ванны, тем меньше появляющиеся напряжения. Структурные превращения (изменение формы, размеров, ориентации зерен металла) вызывают растягивающие и сжимающие внутренние упрочнения, вызывающие напряжения.
При сварке малоуглеродистых сталей напряжения от структурных превращений незначительны и практического значения не имеют. Стали с повышенным (более 0,35%) содержанием углерода, и большая часть легированных сталей от структурных превращений покупают большие напряжения, достаточные для происхождения трещин в сварном соединении.
распределение и Величина деформаций и напряжений зависят от жесткости свариваемых конструкций, наряду с этим громадное значение имеет толщина металла. При сварке металла толщиной до 3 мм проявляются в основном громадные деформации, а напряжения малы. Сварка металла толщиной 4—20 мм сопровождается большими деформациями, в один момент с повышением толщины металла начинают проявляться остаточные напряжения.
При сварке металла толщиной более чем 20 мм деформации ничтожны, но остаточные напряжения могут быть около больших размеров. Остаточные сварочные напряжения проявляются в ближайших к шву слоях металла и быстро затухают на расстоянии 50—70 мм от шва. Различают остаточные деформации и сварочные напряжения — продольные, поперечные и угловые.
Остаточные сварочные напряжения существуют в сварных конструкциях сами по себе, кроме того при отсутствии действия на них нагрузок и внешних сил. Изучение сварочных напряжений, и деформаций крайне важно при выборе рациональных форм сварных технологии и конструкции их изготовления. В случае если технология сварки и конструктивные формы прекрасно продуманы, то остаточные напряжения смогут быть не страшны для работоспособности сварных конструкций, а остаточные деформации сведены до минимума.
Мероприятия по уменьшению сварочных деформаций и напряжений. Уменьшение внутренних деформаций и напряжений есть ответственной задачей конструкторов, проектирующих конструкции, и рабочих-сварщиков, изготовляющих эти конструкции. Мероприятия по уменьшению остаточных деформации и напряжений возможно поделить на конструктивные и технологические.
Конструктивные мероприятия:
1. Выбор электродов и основного металла для того чтобы.
Нужно использовать главный металл, не имеющий склонности к образованию закалочных структур при остывания на воздухе. Использовать электроды, снабжающие наплавленный металл с пластическими особенностями не ниже пластических особенностей главного металла.
2. Рациональное проектирование узлов и конструкций.
Количество сварных швов должно быть вероятно меньшим, сечение швов не должно быть больше проектного значения. В прозакладывается минимальный количество наплавленного металла.Использовать в основном стыковые швы, каковые являются менее твёрдыми. зазор скоса и Угол кромок между стыкуемыми кромками должны быть минимально вероятными.
В стыковых соединениях подробностей разной толщины направляться скашивать кромку более толстого страницы — это снабжает провар и равномерный нагрев стыкуемых кромок и равномерное распределение напряжений.
Не допускать скопления сварных швов и избегать их пересечения, в особенности в конструкциях, действующий при переменных нагрузках. Избегать применения сварных швов, образующих маленькие замкнутые контуры: вставка латок, приварка усилений. Избегать применения разных косынок, накладок, ребер жесткости.
3. Сложные сварные конструкции изготовлять в виде отдельных сварных узлов, соединяемых после этого в целую конструкцию — это сокращает влияние связей на усадку швов.
Технологические мероприятия:
1. Снабжать высокую точность конструкций и сборки узлов под сварку. Это есть наиболее значимым условием увеличения качества сварки. Точность сборки гарантирует равномерное сечение швов на всей протяженности — это сокращает концентрацию напряжений на отдельных участках шва.
2. Верно выбирать тепловой режим сварки. При сварке подробностей, допускающих свободное перемещение в следствии тепловых действий на них, и при сварке закаливающихся сталей, направляться использовать более замечательный тепловой режим. В этом случае сварку вести на максимально допустимой погонной энергии дуги.
Этим возрастает количество разогретого металла и замедляется остывание его. Для равномерного нагрева металла по толщине целесообразно повышать плотность тока, дабы провар металла был более глубоким. Использование швов с глубоким проваром сокращает поперечную усадку по толщине металла и снижает деформации и угловые напряжения. При сварке жестко закрепленных подробностей направляться использовать пониженные тепловые режимы, что сокращает поперечную усадку.
Наряду с этим использовать электроды, снабжающие повышенную пластичность наплавленного металла.
3. Верно выбирать последовательность наложения сварных швов. Порядок наложения швов должен быть таким, дабы деформации и напряжения от прошлых компенсировались (уравновешивались) при исполнении последующих швов. Стыковые швы свариваются прежде всего, угловые — по окончании них.
В листовых- конструкциях вначале выполняются поперечные швы, соединяющие страницы в полосы, после этого — продольные, соединяющие полосы между собой. При сварке двутавровых балок прежде всего свариваются стыковые швы полок и стенок, а после этого угловые поясные швы. Сварку долгих швов делают от середины к краям, либо обратно — ступенчатым методом от одного края шва к второму.
4. При сварке металла громадной толщины использовать многослойную сварку. При многослойной сварке жестко закрепленных подробностей громадной толщины отдельные слои шва накладывать попеременно по кромкам разделки, а после этого заполнять середину шва. Многослойные швы делают горкой либо каскадом.
Территория сварки наряду с этим все время поддерживается в нагретом состоянии, что снабжает более равномерное распределение тепла в металле, При многослойной сварке частично происходит термический отпуск ранее наложенных слоев, что усиливает структуру металла шва и сокращает остаточные напряжения в нем.
5. Предварительный подогрев главного металла перед сваркой и сопутствующий подогрев в ходе сварки значительно снижают остаточные деформации и сварочные напряжения в сварных конструкциях. Подогретый главный металл остывает в один момент со сварным швом, наряду с этим усадка шва не встречает препятствий со стороны прилегающих территорий главного металла.
6. В важных сварных конструкциях, трудящихся в тяжелых условиях эксплуатации, для увеличения их работоспособности создают по окончании сварки снятие собственных остаточных напряжений. Особенно принципиально важно это для конструкций, изготовленных из легированных сталей и из сталей с повышенным содержанием углерода.
Для снятия остаточных напряжений по окончании сварки используют следующие методы:
а) Неспециализированный большой термический отпуск сварного изделия в нагревательной печи. Изделие помещают в печь, нагревают до температуры 600—700 °С и выдерживают при данной температуре. В следствии для того чтобы теплового действия сталь переходит в напряжения и пластическое состояние исчезают.
По окончании отключения печи сварное изделие, свободное от остаточных напряжений, равномерно остывает вместе с печью.
б) Местный термический отпуск конструкции (изделия) методом нагрева околошовной территории до температуры 600 °С. Нагрев создают индукционным методом либо газопламенной обработкой. Местный отпуск полностью не ликвидирует остаточных напряжений, но способен значительно уменьшить их.
