Технологические методы устранения сварочных деформаций и напряжений

Технологические методы устранения сварочных деформаций и напряжений

Термическая обработка

Для снижения остаточных сварочных напряжений применяют отпуск сварных конструкций. Применение отпуска целесообразно, если предъявляются повышенные требования к прочности сварной конструкции и точности ее размеров при последующей эксплуатации. Кроме того, иногда целесообразно восстановить пластические свойства металла в зонах, где концентрировались пластические деформации при сварке, а также повысить сопротивляемость хрупким разрушениям. В остальных случаях применение отпуска не рекомендуется из-за удорожания стоимости производства конструкции. Различают общий отпуск, когда равномерно нагревается все изделие, и местный – нагревают лишь часть конструкции в зоне сварного соединения. При применении общего отпуска на этапах нагрева и выдержки образуются необратимые пластические деформации растяжения и деформации ползучести, что и приводит к снижению напряжений. Температуры отпуска °C, обеспечивающие снижение остаточных напряжений до уровня (0,05...0,2)σ, для различных сплавов находятся в следующих пределах:

При применении местного отпуска, т. е. нагрева отдельных участков сварного соединения по необходимому технологическому циклу (газовое пламя, электрическая дуга, инфракрасные излучатели и др.), образуются необратимые пластические деформации растяжения в приповерхностных слоях сварного соединения, приводящие к перераспределению остаточных сварочных напряжений и снижению их уровня.

Механические способы

С целью компенсации пластических деформаций укорочения, обусловленных сваркой, создают в сварном соединении пластические деформации удлинения. Это достигается осаживанием металла по толщине для его удлинения в плоскости сварного соединения. При этом не стремятся к тому, чтобы обеспечить равномерное уменьшение пластических деформаций и, соответственно, остаточных напряжений в зоне сварного соединения. Преследуется только одна цель – уменьшение величин объемов укорочения. Обычно применяют следующие способы.

Проковка – применяется как в процессе сварки по остывающему металлу, так и после полного охлаждения сварного соединения. Проковкой осаживают металл по толщине, создавая пластические деформации удлинения в плоскости, перпендикулярной направлению удара. Этим достигают уменьшения растягивающих или даже появления сжимающих напряжений. Проковка ведется механизированным инструментом с малыми (до 6...7 м/с), средними (до 100 м/с) и высокими (более 100 м/с) скоростями движения бойка. Проковка маневренна, в этом ее преимущество перед другими методами. Следует опасаться снижения пластичности металла вследствие ее исчерпывания при проковке.

Импульсная обработка взрывом – применяется как средство повышения выносливости сварных соединений при переменных нагрузках. При такой обработке происходит перераспределение остаточных сварочных напряжений. Для ее осуществления используют заряды ленточного типа, которые укладывают на обрабатываемые поверхности.

Прокатка зоны сварного соединения – используется, главным образом, для уменьшения остаточных напряжений и для заглаживания швов. В местах прокатки растягивающие напряжения уменьшаются и могут стать даже сжимающими. Прокатка производится стальными роликами шириной 5,0...15,0 мм. Не рекомендуется применять прокатку для конструкций из малопластичных материалов. При наличии коррозионной среды требуется проверка влияния прокатки на коррозионную стойкость сварных соединений.

Возможен и другой путь создания в сварном соединении пластических деформаций удлинения, заключающийся в растяжении сварного соединения в пределах всей конструкции за счет образования новых пластических деформаций удлинения. Это достигается нагружением уже готовой сварной конструкции – либо растяжением, либо (чаще) изгибом.

Также следует отметить очень перспективный метод уменьшения остаточных сварочных напряжений – механическую вибрацию. Сущность метода – воздействие на сварную конструкцию переменной нагрузкой, создаваемой с помощью вибратора на частоте, близкой к резонансной. Основные преимущества метода вибрации – универсальность и простота оборудования, высокая скорость снятия напряжений. Он особенно эффективен, когда не может быть использована термообработка, например в случае сварных соединений из разнородных металлов.

Термическая правка

Метод термической правки получил широкое распространение при производстве сварных конструкций благодаря простоте и маневренности. Метод основан на создании с помощью местного нагрева дополнительных пластических деформаций укорочения в зонах, имеющих излишнее удлинение. Механизм образования деформаций при правке аналогичен сварочному. В качестве источников теплоты используется главным образом газовое пламя, позволяющее довольно просто регулировать количество и распределение вводимой теплоты. Сварочная дуга, как более концентрированный источник, используется для правки конструкций из материалов с высокой теплопроводностью. Нагрев ведут пятнами или полосами. Необходимо стремиться к кратковременному и концентрированному нагреву, чтобы соседние зоны оставались не нагретыми и сопротивлялись расширению нагретого металла, вызывая в нем пластические деформации укорочения.

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

Успех правки зависит от квалификации и опыта правщика, так как технологу трудно регламентировать и контролировать все параметры правки.