Деформации и напряжения при сварке

Вторичной причиной возникновения напряжении и деформаций при сварке является усадка металла шва при переходе из жидкого состояния в твердое. Усадкой называется уменьшение объема металла при его остывании Усадка металла вызывает продольные и поперечные деформации.

Величина расширения металла и связанная с этим степень деформации зависят от температуры нагрева и коэффициента линейного расширения материала. Чем больше коэффициент линейного расширения и выше температура нагрева металла, тем больше деформации. Форма детали, размеры и положение швов также влияют на величину деформаций при сварке. Чем сложнее форма детали, больше в ней несимметричных швов и жестче конструкция, тем скорее можно ожидать появления деформаций и напряжений при сварке.

Газовая сварка дает большую зону нагрева по сравнению с другими видами сварки, поэтому она вызывает и большие деформации свариваемых изделий. Для уменьшения деформаций при газовой сварке необходимо стремиться к равномерному распределению объема наплавляемого металла, более равномерному нагреву детали при сварке, а также применять определенный порядок наложения швов. Важно правильно выбрать режим сварки. При сборке изделий под сварку зазор должен быть равномерным по всей длине шва. Прихватывать детали необходимо в меньшем числе точек.

Для устранения деформаций при сварке встык применяют обратноступенчатый и комбинированный порядок наложения швов. В этом случае весь шов делят на участки длиною 100—250 мм. Сварку ведут отдельными участками в порядке, отмеченном цифрами, и направлении, указанном стрелками. При этих способах листы почти не будут коробиться, так как обеспечивается более равномерное распределение тепла вдоль шва, чем при непрерывной сварке, а потому величина деформации уменьшается.

Для уменьшения деформаций применяется также способ уравновешивания деформаций, при котором имеет значение очередность наложения швов. Очередность наложения выбирают так, чтобы последующий шов вызывал деформации, обратные деформациям, полученным при наложении предыдущего шва. При наложении шва (рис. 46, а) листы деформируются в одну сторону, а при наложении шва 2—в противоположную. В результате двутавр будет иметь наименьшую деформацию.

Для уменьшения деформаций применяют и способ обратных деформаций. Сущность этого способа заключается в том, что детали перед сваркой располагают так, чтобы после сварки они приняли требуемое взаимное расположение (рис. 46, б). В этом случае листы размещаются под некоторым относительно др} г друга углом. В процессе сварки вследствие усадки металла шва кромки сближаются и в результате этого уменьшается деформация.

При сварке узла из нескольких труб сначала сваривают отдельные элементы (рис. 47, а), которые затем приваривают общим швом к соединяющей их детали (рис. 47, б).

Жесткое закрепление свариваемых деталей также применяется для уменьшения деформаций. Этот способ находит широкое применение в условиях массового и серийного производства при сварке деталей сложной формы. Детали закрепляют в специальных приспособлениях (кондукторах), в которых производят сварку и вынимают их только после полного охлаждения. Однако при этом способе хюгут возникнуть внутренние напряжения, для снятия которых сваренный узел подвергают последующей термообработке.

Для уменьшения деформаций применяют также предварительный подогрев свариваемой детали. В этом случае разность между температурой сварочной ванны и температурой всей детали уменьшается, и, следовательно, будут уменьшаться деформации от нагрева в процессе сварки. Данный способ нашел широкое применение при ремонте изделий из чугуна, алюминия, бронзы, высокоуглеродистых и легированных сталей. Изделия подогревают в специальных горнах, печах, индукторах.

В некоторых случаях рекомендуется проковывать шов. Проковку проводят как в горячем, так и в холодном состоянии. Проковка металла шва улучшает механические свойства наплавленного металла и в значительной степени уменьшает усадку.

Кроме того, для снятия возникших при сварке напряжений и улучшения структуры металла шва и зоны термического влияния применяется термическая обработка.