Меры борьбы с напряжениями и деформациями

Весь комплекс мероприятий по борьбе с деформациями и напряжениями можно разделить на три группы: мероприятия, которые реализуется до сварки; мероприятия в процессе сварки; мероприятия, проводимые после сварки.

Меры борьбы с деформациями, применяемые до сварки, реализуются на стадии разработки проекта сварной конструкции и должны отвечать следующим требованиям.

1. Сварная конструкция должна иметь минимальный объем наплавленного металла. Катеты не должны превышать расчетные значения, стыковые швы по возможности должны выполняться

408

без разделки кромок, количество и протяженность швов должны быть минимально допустимыми.

  • 2. Необходимо использовать способы и режимы сварки, обеспечивающие минимальное тепловложение и узкую зону термического влияния. В этом отношении сварка в С02 предпочтительнее ручной сварки, а электронно-лучевая и лазерная — дуговой.
  • 3. Сварные швы должны быть по возможности симметрично расположены на сварной конструкции. Не рекомендуется располагать швы вблизи друг друга, иметь большое количество пересекающихся швов, без необходимости применять несимметричную разделку кромок. В конструкциях с тонкостенными элементами швы целесообразно располагать на жестких элементах либо вблизи них.
  • 4. Во всех случаях, когда есть опасения, что возникнут нежелательные деформации, проектирование ведут так, чтобы обеспечить возможность последующей правки.

Мероприятия, применяющиеся в процессе сварки, должны отвечать следующим требованиям.

1. Рациональная последовательность наложения сварных швов на конструкции и по длине. Например, при изготовлении двутавровой балки (см. рис. 7.10) последовательность сварки поясных швов должна быть следующей: 1 —> 4 —> 2 —> 3. Это позволит уменьшить изгиб за счет более полной компенсации деформаций от одного шва деформациями от другого.

При наличии протяженных швов не рекомендуется их сваривать на проход, от одного конца до другого. Сварку лучше осуществлять от середины к концам обратно-ступенчатым методом или использовать другие приемы, описанные в 1.2. На рис. 7.17

Последовательность наложения сварных швов

Рис. 7.17. Последовательность наложения сварных швов: а — неправильная; б — правильная

Предотвращение деформации путем предварительной подготовки изделия

Рис. 7.18. Предотвращение деформации путем предварительной подготовки изделия

приведена последовательность наложения швов при приварке ребер жесткости к настилу.

2. Сварку целесообразно вести в специальных приспособлениях, обеспечивающих жесткое закрепление свариваемых деталей. Это предотвращает или значительно снижает деформации изгиба и угловые деформации. Однако жесткое закрепление деталей и отсутствие возможности свободного перемещения приводит к увеличению растягивающих напряжений. При сварке легированных сталей и сталей с повышенным содержанием углерода это может привести к образованию трещин, поэтому жесткость закреплений должна назначаться с учетом свариваемого металла.

Обратный выгиб пояса для предотвращения «грибови дности» I юл о к

Рис. 7.19. Обратный выгиб пояса для предотвращения «грибови дности» I юл о к

3. Предварительная деформация свариваемых деталей. Перед сваркой детали можно расположить под некоторым углом друг к друг)' (рис. 7.18, а). При этом угол а назначается равным ожидаемой угловой деформации, но с противоположным знаком. Величина угла определяется опытным или расчетным путем. После сварки, когда произойдут угловые деформации, листы окажутся в одной плоскости. Если расположить детали под углом не представляется возможным, их можно выгнуть посредством размещения иод стыком подкладки (рис. 7.18, б).

При сварке балок «грибовидность» полок можно предотвратить за счет их предварительной деформации в специальном приспособлении (рис. 7.19). Общий изгиб балки предотвращается ее предварительным изгибом в противоположную сторону на стрелу прогиба (рис. 7.20).

В ряде случаев эффективной мерой предупреждения деформаций является

Обратный изгиб балки

Рис. 7.20. Обратный изгиб балки

сварка предварительно напряженного элемента. При сварке тонкого металла возможно предварительное выдавливание на нем гофр, которые после сварки вследствие усадки швов убираются, предотвращая деформации самой конструкции.

4. Тепловое воздействие на сварную конструкцию. В некоторых случаях осуществляют охлаждение зоны сварки, которое приводит к сужению участка пластического деформирования и тем самым к снижению остаточных напряжений и деформации. Схема устройств для отвода тепла водой от свариваемых пластин приведена на рис. 7.21. Этот прием можно применять только при сварке

Схема устройства для охлаждения свариваемых пластин

Рис. 7.21. Схема устройства для охлаждения свариваемых пластин: а охлаждение верхней поверхности; 6 охлаждение нижней поверхности низкоуглеродистых незакаливающихся сталей или однофазных аустенитных сталей.

При сварке полос, имеющих небольшую ширину, для уменьшения деформаций иногда можно применить предварительный или сопутствующий подогрев изделия. Подогрев уменьшает неравномерность нагрева изделия в процессе сварки. Его применение целесообразно при сварке при отрицательных температурах.

5. Обжатие или прокатка сварного шва, которая проводится сразу после сварки. 11ри этом зона пластических деформаций укорочения подвергается пластической осадке по толщине. В результате осадки происходит равномерное удлинение металла в продольном направлении и компенсация сварочных деформаций укорочения. Для прокатки обычно используют специальные приспособления с роликами (рис. 7.22).

Устранение деформаций после сварки называется правкой сварной конструкции. Правка бывает механической и термической. Термическая правка осуществляется путем общего или местного нагрева конструкции. При использовании общего нагрева изделию первоначально с помощью жесткого приспособления задается необходимая форма. Затем вместе с приспособлением оно помещается в печь, где нагревается. При этом происходит снижение напряжений до низкого уровня. После извлечения из приспособления конструкция сохраняет форму, которую ей придали. Однако этот

Приспособление для прокатки швов роликами

Рис. 7.22. Приспособление для прокатки швов роликами: 1 — динамометр: 2 - гидроприжим; 3 — корпус; 4 — ролики; 5 — свариваемая деталь способ достаточно дорог и применяется для ответственных конструкций, когда другими методами не удается достичь необходимого эффекта.

Чаще для правки используется местный нагрев. Нагреву подвергаются растянутые участки конструкции, в результате чего в этой зоне происходят пластические деформации сжатия и они укорачиваются. Па рис. 7.23 показаны зоны нагрева для правки изогнутых балок (а) и устранения выпучины (б). Углеродистые стали обычно нагревают газовым пламенем до 600...800 °С. Нагрев ведут пятнами или полосками. Необходимо стремиться к кратковременному и концентрированному нагреву, чтобы соседние зоны оставались ненагретыми и сопротивлялись расширению нагретого металла, вызывая в нем усадку.

О результатах правки можно судить лишь после полного остывания конструкции. Листовые элементы иногда осаживают молотками на плоскость. Так как нагретый металл имеет низкий предел текучести, он легко осаживается и в нем при этом возникают пластические деформации укорочения.

Успех правки зависит от квалификации и опыта правщика. В некоторых случаях эта операция достаточно сложная и заранее трудно прогнозируемая. Например, на рис. 7.24 показаны места, форма и примерное расстояние между участками нагрева для трех случаев деформаций балок таврового сечения:

  • ? при деформации из плоскости в сторону вертикальной стенки, что характерно для балок с высокой вертикальной стенкой, при правке нагреваются треугольные участки стенки (рис. 7.24, а);
  • ? при деформации в сторону пояса — нагрев полосками участков самого пояса (рис. 7.24, б);
Использование местного нагрева для правки сварных конструкций

Рис. 7.23. Использование местного нагрева для правки сварных конструкций:

а — для правки изогнутых балок; б — для устранения выпучины

Места местного нагрева при правке балок таврового сечения

Рис. 7.24. Места местного нагрева при правке балок таврового сечения

(1 — место нагрева)

П при сложной деформации из плоскости балок с несимметричным расположением элементов — нагрев как вертикальной стенки, так и пояса (рис. 7.24, в).

Механическая правка также бывает общей и местной. Она может производиться на правильных машинах, прессах и вручную. Механическая правка менее желательна, чем термическая, так как в результате ее применения образуется наклеп, снижающий пластические свойства металла, особенно у кипящей стали. Кроме того, вызываемая наклепом неоднородность механических свойств отрицательно сказывается на прочности и надежности конструкций, особенно эксплуатирующихся при переменных нагрузках.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >