Сварочные напряжения и деформации. Причины их возникновения.

ЗТВ – зона термического влияния

При осуществлении процесса сварки при кристаллизации жидкой сварочной ванны возникают остаточные внутренние напряжения, которые могут привести к деформации и разрушению сварного соединения.

Схема, почему возникают деформации

1) _вн < _т (_0,2) – наблюдаются остаточные внутренние напряжения (сварочные)

2) _в >_вн >_т (_в – предел прочности) – наличие внутренних напряжений, деформация в зоне шва, влияние термического коробления

3) _вн >_в – говорят о потере прочности материала, наличии микро- и макротрещин, внутреннем и поверхностном разрушении.

Причины возникновения сварочных напряжений и деформаций

1) неравномерный нагрев и охлаждение в зоне сварного шва. Свариваемые элементы неравномерны по толщине, чтобы их уменьшить, делают вал с цилиндром.

2) Литейная усадка (линейная и объемная) – возникает в результате уменьшения объема в процессе кристаллизации жидкой сварочной ванны. Чем больше объем сварочной ванны, тем выше остаточные напряжения. Объем сварочной ванны зависит от вида сварки. По этой причине газовая сварка в строительстве не применяется.

 

3) Структурные и фазовые превращения при нагреве и охлаждении в сварном шве и околошовной зоне (зоне термического влияния). Для малоуглеродистых и низколегированных строительных сталей влияние этого фактора незначительно вследствие низкого содержания углерода (эквивалентное содержание углерода С_экв).

 

 

Сварочные напряжения и деформации. Способы их уменьшения.

1. Рациональная технология сварки:

· Правильный выбор параметров режима сварки – сила тока, напряжение, скорость сварки, погонная энергия, длина дуги, марка электрода.

· Порядок и последовательность выполнения операций.

2. Степень закрепления свариваемых элементов в контователях: преимуществом обладает нежесткая схема закрепления элементов (когда в процессе сварки в процессе при кристаллизации сварочной ванны допускаются незначительные колебания торцов свариваемых элементов).

3. Последовательность наложения сварных швов. На примере плоских элементов.

Сначала сварка по коротким сторонам листовых элементов. В результате такого наложения швов наблюдается выпучивание средних элементов от поперечной усадки сварных швов 8 и 9.

В результате будут искривляться полки сварного двутавра из-за одновременной кристаллизации сварочных ванн №1, 2 и №3, 4.

Для получения качественного сварного двутавра сварку проводят следующим образом:

1) Стенок и полок сварного двутавра

2) Поясные швы сварного двутавра

При этом максимальная длина сварного шва не должна превышать 300-350 мм.

Направление сварки протяженного сварного шва должно постоянно меняться. При осуществлении многопроходной сварки каждый последующий проход (наварка) валика сварного шва осуществляется в обратном направлении.

4. Уравновешивание деформации. В первом случае будет наблюдаться изгиб трубы. Для уравновешения осуществляется наплавка дополнительных сварных швов симметрично, предусмотренная технологией сварки с целью создания деформаций обратного знака.

5. Создание деформаций обратного знака (предварительное создание)

1 – должно быть, 2 – получается на практике в результате кристаллизации сварочной ванны. Чтобы исключить, мы должны предварительно создать деформации со знаком, обратным ожидаемым, путем определенного закрепления свариваемых элементов.

2 – получаем без искривления (предварительное

закрепление элементов)

6. Интенсивный отвод тепла из зоны сварки снижает ширину зоны пластической деформации при охлаждении шва и зон термического влияния. Осуществляется путем сопутствующего охлаждения водой со стороны, обратной зоне сварки, через медные или стальные подкладки, которые препятствуют прямому контакту воды и сварочной ванны. С этой целью применяют стальные и алюминиевые трубки.

7. Проковка металла сварного шва и околошовной зоны – осуществляется сразу после проведения сварочного процесса, имея температуру более 400°С (400-650°С), либо при температуре менее 150-200°С. В связи с тем, что в интервале 200-400°С резко снижается пластичность материала. Применяется для изделий с толщиной стенки более 20 мм; при многопроходной сварке после каждого прохода. С помощью молотка или кувалды 0,5-1,5 кг можно значительно снизить внутренние остаточные напряжения.

Способы снижения внутренних напряжений после окончания сварки

1. Термическая обработка, которая представляет собой преимущественно общий или местный высокий отпуск (t=630-650°С), время выдержки в печи 2-3 мин/мм, охлаждение с печью (до 300-400°С), далее охлаждение ведут на воздухе.

Как вариант, применяется нормализация при такой же температуре нагрева и последующим охлаждением сразу на воздухе.

Общий высокий отпуск применяют для малогабаритных изделий, для крупногабаритных изделий применяют местный высокий отпуск отдельных узлов.

2. Термопластический метод: применяется для снятия внутренних напряжений путем создания пластической деформации в зоне сварного шва при нагреве смежных со сварным швом областей (участков основных металлов).

3. Аргонодуговая обработка: применяется для участков перехода сварного шва к основному металлу путем повторного расплавления неплавящимся вольфрамовым электродом.

При этом достигается снижение сварочных напряжений на 60-70%.

4. Дробеструйная обработка заключается в обработке сварного шва и зоны термического влияния ударной нагрузкой стальных стаканов диаметром 1-2 мм с применением дробеметной машины.

Результат: 1) снижение внутренних напряжений

2) создание сжимающих напряжений в поверхностном слое

3) заращивание микро- и макродефектов в поверхностном слое сварного шва и зоне термического влияния.