Снижение сварочных напряжений и деформаций

Метод предварительного изгиба свариваемых деталей используют для борьбы с угловыми деформациями при сварке стыковых и нахлесточных соединений. При сварке листов небольшой ширины их располагают с предварительным выгибом в сторону, обратную ожидаемой деформации.

Листы большой ширины можно укладывать с предварительным изгибом свариваемых кромок. Для устранения деформаций при сварке тавровых и двутавровых балок используют приспособления, которые изгибают балку в сторону, обратную ожидаемой деформации.

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

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

Аргонодуговая обработка. Расплавление участка перехода от шва к основному металлу неплавящимся электродом в аргоне нарушает равновесие внутренних сил напряженного поля вследствие перехода части металла в жидкое и пластическое состояние. Естественно, что при кристаллизации расплавленного металла будут вновь возникать напряжения, однако они сравнительно малы, так как количество этого металла во много раз меньше, чем количество металла шва.

Расплавление небольшого количества основного металла и металла шва приводит к уменьшению напряжений на 60-70 %. Получаемый при этом плавный переход от шва к основному металлу способствует значительному повышению прочности сварных соединений, особенно при переменных нагрузках.

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

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

В случае деформации тонкого листа, приваренного к массивной раме, правку можно осуществлять путем нагрева в симметрично расположенных точках с выпуклой стороны листа. Нагрев следует начинать от центра выпуклости.

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