От чего зависит величина деформации свариваемого металла

Виды и причины сварочных деформаций

Сварка обеспечивает самое прочное и надежное соединение, если проведена правильно. Однако при нарушении технологии в конструкции возникают напряжения и деформации, вызванные сварочным процессом. Искажается форма и размеры изделия, в результате чего оно не может выполнять свои функции.

Что такое напряжение

Сварочное напряжение определяют как силу, действующую на единицу площади изделия. Оно может быть вызвано растягивающим, изгибающим, крутящим, сжимающим или срезающим усилием.

Эти силы достигают таких величин, что в процессе эксплуатации напряжения и деформации в отдельных деталях приводят к разрушению всей конструкции. Кроме этого происходит снижение антикоррозионных свойств, меняются геометрические размеры и жесткость конструкции.

Напряжения и деформации бывают временными и остаточными. Какие сварочные деформации называют временными, а какие остаточными определяется просто. Временные появляются во время сваривания деталей, вторые появляются и остаются после окончания сварки и охлаждения конструкции.

Причины появления

Главные причины возникновения напряжений и сварочных деформаций такие:

  • неоднородный нагрев металлических заготовок;
  • усадочные изменения сплава в сварном шве;
  • фазовые изменения, возникающие при переходе расплавленного металла из одного состояния в другое.

Одним из свойств металлов является их способность расширяться при повышении температуры и сжиматься при охлаждении. При плавлении в области сварочного соединения появляется неоднородная термозона.

Она вызывает напряжения сжимающего или растягивающего свойства. Если эти напряжения превышают предел текучести металла, то происходит изменение формы изделия, возникают остаточные деформации.

Разновидности деформаций зависят от того, в каких объемах они проявляются. Выделяют три рода. Деформации первого рода действуют в макрообъемах, деформации второго рода происходят в пределах кристаллических зерен, а третьего рода происходят в кристаллической решетке металла.

Деформации и напряжения при сварке возникают и при кристаллизации сварного шва, когда происходит усадка жидкого металла. Объем остывающего жидкого металла уменьшается, это вызывает напряжения внутри металла. Параллельно и перпендикулярно оси сварочного шва формируются напряжения, которые вызывают изменение формы изделия. Продольные силы вызывают изменения длины сварного шва, а поперечные приводят к угловым деформациям.

При превышении определенных предельных температур при сваривании углеродистых и легированных сталей происходит их структурное превращение. У них появляется другой удельный объем и изменяется коэффициент линейного расширения, что приводит к огромным сварочным напряжениям.

Самые большие из них возникают в легированных сталях. В них образуются закалочные структуры, которые при охлаждении не возвращаются к прежней структуре металла, как в большинстве случаев, а сохраняют колоссальные напряжения могущие привести к разрушению сварного шва.

Для этих сплавов разрабатываются специальные технологические процессы, снижающие остаточные напряжения и деформации.

Как предотвратить

Для предупреждения вредных воздействий сварочных деформаций необходимо соблюдать следующие правила и провести несколько мероприятий:

  • сварных швов должно быть минимум, и они должны быть как можно короче;
  • количество пересекающихся и разнотолщинных швов так же сводят к минимуму;
  • сварочные соединения делают с плавным переходом толщин;
  • металл наплавляют в минимальном количестве;
  • в самых напряженных местах конструкции швы вовсе не делают;
  • оставляют припуск на усадку.

Необходимо правильно выбирать способ сварки, который зависит от свариваемости материалов, энергии и режима. Чтобы уменьшить зону прогрева, нужно увеличить скорость сваривания. Для увеличения глубины сварки (прогрев в толщину) необходимо увеличить силу тока.

Для уменьшения вредных воздействий нагрева в зоне сваривания сварщику необходимо по возможности избегать прихваток.

Положительный результат дает использование зажимов и других сварочных приспособлений. Они позволяют сохранить подвижность деталей при сварке в продольном направлении и препятствовать угловому перемещению.

Заготовки располагают таким образом, чтобы возникающие при остывании сварочные деформации были противоположны напряжениям.

Для уменьшения остаточных напряжений и деформаций надо использовать предварительный нагрев. Кроме этого нужно правильно выбрать технологию сварки.

Последовательность наложения швов должна уравновешивать возникающие напряжения. Накладывать швы надо так, чтобы свариваемые детали имели наибольшую подвижность.

В процессе сварки проводят проковку сварного шва, что деформирует остывающее сварное соединение и уменьшает воздействие усадки.

Способы устранения напряжений

Напряжения устраняют отжигом или механическими методами. Отжиг является самым эффективным методом снятия напряжений. Его применяют, когда к изделию предъявляются повышенные требования к точности геометрических размеров.

Он может быть общим или местным. Чаще всего отжиг производят при 550-680 °C. Выделяют три его стадии: нагрев, выдержка, остывание.

Из механических способов устранения напряжений применяют проковку, прокатку, вибрацию, обработку взрывом, приводящие к пластической деформации обратного знака.

Проковку делают пневмомолотком, а виброобработку специальным устройством вызывающим вибрацию изделия с резонансной частотой в пределах 10-120 Гц в течение нескольких минут.

Способы устранения деформаций

Сварочные деформации могут проходить в плоскости и с выведением из плоскости. О деформациях в плоскости говорят, когда изменяются геометрические размеры конструкции. Деформация из плоскости соответствует угловым изменениям детали, искривлению листовой поверхности.

Для устранения таких явлений применяют термическую правку с местным или общим нагревом, холодную механическую и термомеханическую.

Термический способ с местным нагревом основывается на том, что при охлаждении металл сжимается. Для устранения сварочных деформаций растянутую часть изделия сначала нагревают (горелкой или дугой), при этом окружающий сплав остается холодным и не дает горячему участку сильно расшириться.

При остывании изделие выпрямляется. Так правят балки, листовые полосы и некоторые другие детали.

Если происходит полный отжиг, то конструкцию закрепляют в устройстве, создающем давление на требуемые зоны, и помещают в печь для нагрева.

Холодную правку делают, используя постоянные нагрузки. Для этого применяют различные прессы или валки для прокатки длинномерных изделий типа труб или двутавровых балок, в необходимых местах они деформируются.

Читать еще:  Грунтовка для металла под покраску

Термомеханическую правку производят с применением силовой нагрузки при местном нагреве изделия. Такой способ применяют к сильно растянутым деталям. Вначале собирают излишек металла в так называемые купола, а затем прогревают эти участки.

Технологию правки выбирают в зависимости от особенностей сварочной деформации и типа металлического изделия, его размеров, конфигурации. Обращают внимание также и на трудозатраты, останавливаясь на самом эффективном методе.

Билеты экзамена для проверки знаний специалистов сварочного производства 1 уровень

БИЛЕТ 2

ВОПРОС 1. Какое положение электрода при сварке приводит к увеличению глубины провара при РДС?

1. Сварка «углом вперед».

2. Сварка «углом назад».

3. Сварка вертикальным электродом.

ВОПРОС 2. Зависит ли напряжение дуги от сварочного тока при использовании источников питания с падающей характеристикой.

3. Зависит при малых и больших величинах сварочного тока.

ВОПРОС 3. К какому классу сталей относятся сварочные проволоки Св-12Х11НМФ, Св-10Х17Т, Св-06Х19Н9Т?

ВОПРОС 4. Какой из перечисленных факторов в большей степени влияет на ширину шва при РДС?

1. Поперечные колебания электрода.

2. Напряжение на дуге.

3. Величина сварочного тока.

ВОПРОС 5. С какой целью один из концов электрода не имеет покрытия?

1. Для обеспечения подвода тока к электроду.

2. С целью экономии покрытия.

3. Для определения марки электрода.

ВОПРОС 6. Какие должны быть род и полярность тока при сварке соединений из углеродистых сталей электродами с основным покрытием?

1. Переменный ток.

2. Постоянный ток обратной полярности.

3. Постоянный ток прямой полярности.

ВОПРОС 7. Какие требования предъявляются к помещению для хранения сварочных материалов?

1. Сварочные материалы хранят в специально оборудованном помещении без ограничения температуры и влажности воздуха.

2. Сварочные материалы хранят в специально оборудованном помещении при положительной температуре воздуха.

3. Сварочные материалы хранят в специально оборудованном помещении при температуре не ниже 15 0С и относительной влажности воздуха не более 50%.

ВОПРОС 8. Для сварки какой группы сталей применяют электроды типов Э50, Э50А, Э42А, Э55?

1. Для сварки конструкционных сталей повышенной и высокой прочности.

2. Для сварки углеродистых сталей.

3. Для сварки высоколегированных сталей.

ВОПРОС 9. Для чего нужна спецодежда сварщику?

1. Для защиты сварщика от выделяющихся вредных аэрозолей.

2. Для защиты сварщика от поражения электрическим током.

3. Для защиты сварщика от тепловых, световых, механических и других воздействий сварочного процесса.

ВОПРОС 10. Как изменяется сила сварочного тока увеличением длины дуги при ручной дуговой сварки штучными электродами?

1. Увеличение длины дуги ведет к уменьшению силы тока.

2. Увеличение длины дуги ведет к увеличению на силы сварочного тока.

3. Величина сварочного тока остается неизменной.

ВОПРОС 11. Чем регламентируется режим прокалки электродов?

1. Производственным опытом сварщика.

2. Техническим паспортом на сварочные материалы.

3. Рекомендациями надзорных органов.

ВОПРОС 12. С какой целью производят прокалку электродов?

1. Для удаления серы и фосфора.

2. Для повышения прочности электродного покрытия.

3. Для удаления влаги из покрытия электродов.

ВОПРОС 13. Какие стали относятся к углеродистым сталям?

1. Сталь Ст3сп5, Сталь 10, Сталь 15, Сталь 20Л, Сталь 20К, Сталь 22К.

3. 08Х14МФ, 1Х12В2МФ, 25Х30Н.

ВОПРОС 14. Что обозначает буква и следующая за ней цифр в маркировке сталей и сплавов?

1. Клейма завода-изготовителя.

2. Обозначения номера плавки и партии металла.

3. Условное обозначение легирующего элемента в стали и его содержание в процентах.

ВОПРОС 15. Какие стали относятся к группе удовлетворительно сваривающихся?

1. С содержанием углерода 0,25-0,35 %.

2. С содержанием серы и фосфора до 0,05 %.

3. С содержанием кремния и марганца до 0,5 %.

ВОПРОС 16. Какие из перечисленных ниже нарушений технологии могут привести к пористости швов?

1. Плохая зачистка кромок перед сваркой от ржавчины, следов смазки.

2. Большая сила тока при сварке.

3. Малый зазор в стыке.

ВОПРОС 17. От чего в большей степени зависит величина деформации свариваемого металла?

1. От склонности стали к закалке.

2. От неравномерности нагрева.

3. От марки электрода, которым производят сварку.

ВОПРОС 18. Укажите величину зазора между свариваемыми кромками листовых элементов толщиной до 5 мм по ГОСТ 5264-80?

ВОПРОС 19. В какой цвет рекомендуется окрашивать стены и оборудование цехов сварки?

1. Красный, оранжевый.

3. Серый (стальной) цвет с матовым оттенком.

ВОПРОС 20. Укажите условные обозначения сварных соединений?

1. С — стыковое, У — угловое, Т — тавровое, Н — нахлесточное; буква и цифра, следующая за ней – условное обозначение сварного соединения.

2. С — стыковое, У — угловое, Н — нахлесточное, Т — точечная сварка; цифры после букв указывают метод и способ сварки.

3. С — стыковое, У — угловое, Т — тавровое, П — потолочный шов; цифры после букв указывают методы и объем контроля.

Для перехода на следующую страницу, воспользуйтесь постраничной навигацией ниже

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Как связаны деформации металла и напряжение при сварке?

Сварочное напряжение, накапливающееся в металле, присутствует всегда. Без него не обходится ни одна сварка, поскольку металл в той или иной степени испытывает нагрузки. Зачастую напряжение никак не влияет на конечный результат вашей работы, но в ряде случаев его избыток может привести к деформации швов или поверхности самого металла.

В этой статье мы подробно расскажем, от чего зависит величина деформации свариваемого металлического изделия, как предотвратить деформации и напряжения при сварке. Вы также узнаете некоторые особенности, которые необходимо учитывать во время выполнения работ.

Читать еще:  Ручная гильотина для резки металла своими руками

Общая информация

Наверняка в тестах НАКС вы замечали вопрос «Что из перечисленного вызывает концентрацию напряжения в сварных швах?». На выбор предлагалось три варианта: механические свойства материала, технологические дефекты шва и нагрев при сварке. Именно в этом вопросе и кроется главный ответ, касающийся нашей темы.

Главный «виновник» повышенного напряжения — технологические дефекты шва. Конечно, существуют и другие причины возникновения напряжений и деформаций (например, неправильное очертание швов). Но именно техдефекты являются главной причиной. А никак не нагрев при сварке, как утверждают многие сварщики.

К техническим дефектам относятся шлаковые включения, трещины, не проваренные участки и пузырьки газа, скопившиеся в сварочном соединении. Сварочные деформации образуются в тот момент, когда напряжение достигает своего пика именно в местах технических дефектов. Конечно, нагрев металла играет большую роль в этом процессе, но не является первостепенной причиной проблем.

Также некоторые мастера заметили, что существует еще одна причина возникновения напряжений и деформаций при сварке. Это естественная усадка металла, которая происходит в момент остывания. Металл меняет свое состояние с жидкообразного на твердое, тем самым уменьшается его объем и металл деформируется. Но зачастую эта проблема возникает при неправильном охлаждении.

Некоторые сварщики отмечают, что вероятность деформации металла увеличивается, если конструкция сложная и состоит из большого количества разнообразных швов. Особенно, если при разработке технической документации были допущены ошибки и нагрузка была рассчитана неправильно. Кроме того, при некоторых видах сварки металл нагревается неравномерно, что также способствует его плохой усадке в дальнейшем. Необходимо постараться разогревать металл постепенно и равномерно формировать шов.

Как предотвратить деформации

В нормативных документах четко прописаны меры борьбы со сварочными напряжениями и деформациями. Также неплохие советы обычно дают мастера с многолетним опытом, которые на себе испытали все трудности. Если вы новичок, то перепишите, а лучше выучите следующие рекомендации. Они помогут вам в рядовых и критичных ситуациях.

Если вам предстоит выполнить сварное соединение встык, то необходимо накладывать швы обратноступенчатым или комбинированным методом. При этом всю длину будущего шва нужно поделить на небольшие участки, по 10-20 сантиметров. Эти участки как раз и нужно варить. Не вести непрерывный шов, а варить отдельные участки шва. Сварку нужно вести строго в соответствии с технической документацией.

Благодаря такому методу тепло распространяется более-менее равномерно и даже если в сварном шве есть незначительные дефекты, то в них не будет накапливаться избыточное напряжение. А это значит, что вероятность деформации при сварке уменьшится.

Второй метод более сложный и потребует сноровки. Здесь самое главное — правильно выбрать очередность формирования швов. Допустим, вы выполнили первый шов, и он привел к одному типу деформации, скажем, металл выгнулся в одну сторону. Вам необходимо выполнить второй шов так, чтобы металл деформировался в обратную сторону. Так вы сможете уравновесить противоположные деформации и выровнять деталь. Посмотрите на картинку ниже, чтобы лучше понять суть этого метода.

Третий метод похож на предыдущий, но в нем есть отличия. Перед сваркой нужно учесть, в какую сторону металл деформируется и состыковать детали так, чтобы после остывания деформируемые детали выровнялись под воздействием друг друга. Деформация уменьшается за счет того, что кромки остывают и происходит естественная усадка. Этот метод очень эффективный, но необходимо полностью понимать механизм деформации металла, чтобы предугадать его поведение.

Если вам нужно сварить трубы, то их нужно разделить на отдельные фрагменты и только затем сваривать. После того, как вы соедините все фрагменты можно полученную деталь приварить к главной детали. На картинке ниже показан данный метод.

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 могут возникнуть внутренние сварочные напряжения и деформации напряжения, для снятия которых сваренный узел подвергают последующей термообработке.

Еще один неочевидный способ избежать деформаций — предварительный прогрев металла в печи. Благодаря такой простой манипуляции вы сможете уменьшить разность температур между сварочной зоной и деталью. Из-за этого высокие температуры при сварке не станут причиной последующих деформаций. Такой метод является обязательной процедурой, если вам нужно сварить чугун, бронзу, алюминий и разные типы стали.

Если сварка уже выполнена, а вы не предприняли никаких мероприятий по предотвращению деформации, то поможет проковка. Вам даже не обязательно ждать, пока металл остынет. В таком случае горячая проковка даже эффективнее, чем холодная. С помощью проковки можно быстро и эффективно избавить деталь от избыточного напряжения, а значит предотвратить его дальнейшую деформацию. Выполняйте проковку равномерно, иначе гарантировано появятся трещины. Чтобы проковка была эффективной, скорость движения молота должна быть высокой.

Для снятия напряжений в сварных соединениях можно применять метод термообработки швов. Это предотвратит вероятность будущих деформаций. К тому же, швы, обработанные термическим методом, приобретают улучшенные эксплуатационные характеристики.

Вместо заключения

Вот и все, что мы хотели рассказать вам о предотвращении деформаций. Не стоит беспокоиться, если вы начинающий сварщик и обнаружили на своих деталях дефекты, появившиеся вследствие избыточного напряжения. Пока у вас самый низкий разряд вы просто должны совершать ошибки и учиться на них. Со временем вы запомните все особенности сварочных работ и будете применять в своей практике находки других опытных мастеров.

Читать еще:  Чем заклеить бочку металлическую

К тому же, на крупных производствах всегда проводят тестирование сварных соединений и вы обязательно узнаете о всех недочетах, а значит сможете в следующий раз выполнить работу качественнее. На нашем сайте в разделе «Полезная информация» вы найдете много важных и нужных статей. Обязательно прочтите их и примените на практике полученные знания. Желаем удачи в работе!

Сварочные деформации и напряжения: виды и причины появления

Сварка – это сложный высокотемпературный процесс создания неразъемного соединения. Напряжение и деформация при сварке – результат нарушения технологических требований, в виде выбора некорректных температурных параметров работ, без учета свойств линейного расширения металла.

Определение

Сварочное напряжение – это силы, действующие на место наложения шва. Они могут быть вызваны следующими усилиями:

  • сдавливающими;
  • растягивающим;
  • изгибающим;
  • крутящим.

Направление действия сил на конструкцию.

Силовые показатели напрямую влияют на надежность и жесткость конструкции. Превышение допустимых норм может привести к разрушению шва.

  1. Тепловые напряжения при сварке. Возникают при неравномерном распределении тепловой энергии по поверхности заготовки.
  2. Структурные. Появляются при превышении предельно допустимых температурных показателей, установленных для свариваемого металла, что приводит к необратимым изменениям его структуры.

Некоторые изменения носят временный характер и исчезают с охлаждением металла. Однако, встречаются и сварочные остаточные напряжения, которые действуют на поверхность даже после устранения причин их образования.

Основные причины проявления

Как было сказано выше, причиной появления сварочных напряжений и деформаций является воздействие высокой температуры на поверхность. Рассмотрим изменения, которые происходят с обрабатываемыми заготовками и от чего зависит величина деформации свариваемых металлов.

Литейная усадка

а) Деформация до и после сварки, б) График распределения напряжения.

При сокращении размеров охлаждаемой сварочной ванны, на ее границах наблюдается процесс деформации слоев металла. После кристаллизации шва, сохраняется остаточное напряжение, что влияет на крепость соединения.

Размер измененной области напрямую зависит от толщины шва – чем меньше ванна расплава, тем незначительнее будут силы деформации.

Нагревание/охлаждение происходит неравномерно

Учебные пособия для будущих сварщиков указывают, что независимо от положения шва: потолочного, вертикального или горизонтального, зону соединения следует нагревать равномерно, без перепадов температур на участках. В противном случае происходят температурная деформация металла. Она характеризуется изменение пластичности и прочности структуры.

При проведении электросварочных работ, рабочая плоскость нагревается под действием электрической дуги, величина которой регулируется специальным механизмом сварочного аппарата.

Чем выше температура воздействия на поверхность, чем сильнее деформируется металл. Кроме того, необходимо контролировать процесс охлаждения. Резкие перепады температур негативно влияют на качество шва.

Изменения структуры материала

Как показали исследования, структурным изменениям подвержены легированные и углеродистые сорта стали, в которых массовая доля углероды превышает 0,35 %. Превышение рекомендованных температур приводит к образованию новых элементов, что влияет на общий объем заготовки. Кроме того, изменение структуры затрагивает и коэффициент линейного расширения, что приводит к увеличению сварочного напряжения.

Способы снижения деформации

Для предотвращения чрезмерного сварочного напряжения и деформации сварочного соединения, существуют проверенные временем методы:

  1. На крупных производственных предприятиях, на стадии разработки проектной документации, аттестованные технологи проводят анализ параметров металлов и изменения, которому они подвергаются под воздействием высокой температуры. Если применяемые материалы после соединения не будут соответствовать требованиям технических стандартов, пытаются корректировать режим сварки и способы наложения швов.
  2. На стадии непосредственного выполнения работ, следует руководствоваться методическими пособиями. Замыкающие швы в конструкциях выполняют в последнюю очередь. При ручной дуговой сварке необходимо регулировать длину соединения. Специалисты советуют выполнять работы в ступенчатой последовательности.

Последовательность наложения сварочных швов для уравновешивания деформаций.

  1. Опытные мастера рекомендуют обратить внимание на подготовленные кромки. На них рекомендуют сделать насечки, для снижения деформационных изменений. При этом обработку проводят в направлении, обратном развитию деформирующих процессов.
  2. Предварительная температурная обработка поможет снизить деформационные изменения в заготовке. Необходимо следить за равномерностью прогрева поверхности.

Как устранить?

Борьба с устранением напряжений может проходить путем механической или термической обработки соединения. Предварительный и сопроводительный нагрев снижает деформационные изменения и позволяет выдержать геометрию конструкции. Направление движения пламени зависит от вида используемого проката.

По окончанию работ рекомендуют выполнить температурный отпуск. Это уменьшит остаточное напряжение благодаря повышению пластичности структуры металла.

Среди механических методов устранения напряжений наиболее популярным является проковка. В качестве рабочего инструмента используют молоток, работающий от сжатого воздуха. Процедуру можно проводить как с холодной, так и с разогретой поверхностью. Исключение составляют сорта стали, склонные к возникновению закалочных структур.

Менее востребованными являются процедуры вибрационной обработки и прокатки.

Удаление деформаций

а) Деформация в плоскости, б) Деформация с нарушением плоскости, где 1 – форма изделия до сварки, а 2 – после сварки.

Термическую деформацию изделий делят на два типа:

  1. В плоскости. Она характеризуется изменением геометрических размеров детали.
  2. С нарушением плоскости. В этом случае происходят угловые изменения конструкции, с сохранением габаритных размеров.

Для устранения деформаций чаще всего применяют метод термической обработки. Он заключается в сжатии заготовки после нагрева. Обработке поддается только дефектный участок. Большинство сортов металлопроката правят именно таким способом.

Для устранения дефектов механическим способом используют прокатные установки или прессовые механизмы. Его преимущество заключается в том, что обрабатываемую деталь можно не нагревать.

В особо тяжелых случаях используют термомеханический метод правки. Он заключается в постоянном силовом давлении на заготовку после предварительного нагрева поверхности.

Заключение

Квалифицированный специалист обязан знать причины возникновения сварочных напряжений и деформаций, а также способы их устранения. Для предупреждения дефектов специалисты рекомендуют проводить предварительный отжиг заготовки, а также термический отпуск, по окончанию работ.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector