88. Основні конструктивні заходи зі зменшення деформації і напруженя при зварюванні.

Величина і характер зварювальних напруг і деформацій визначаються низкою технологічних і конструктивних факторів. Розглянемо вплив деяких з них.

Вид та спосіб зварювання. Значний вплив на величину зварювальних деформацій надає ступінь концентрації теплоти. Її висока концентрація сприяє звуженню зони, що піддається пластичних деформацій, та зменшення деформацій всієї конструкції.

Величину залишкових деформацій можна знизити, замінивши ручне дугове зварювання покритими електродами автоматичним або напівавтоматичним зварюванням у вуглекислому газі, аргоні або порошковим дротом.

Вплив форми шва. Величина і характер залишкових зварювальних деформацій помітно залежать від форми шва. За інших рівних умовах Х-подібна підготовка кромок завдяки симетричному розташуванню швів відносно нейтральної осі викликає меншу кутову деформацію, ніж V-образна. З метою зменшення деформацій у деяких випадках доцільно застосовувати двосторонню зварювання. При зварюванні під флюсом менші деформації відбуваються у з'єднаннях без скосу крайок. Ефективний захід зниження деформацій - зменшення перетину шва. Режим зварювання. Величина і характер зварювальних напружень і залишкових деформацій перебувають у прямій залежності з погонною енергією зварювання, яка визначається обраним режимом зварювання. Зі зменшенням погонною енергії деформації знижуються.

Порядок зварювання та закріплення деталей, що зварюються. На величину виникають при зварюванні залишкових деформацій і напруг істотно впливає порядок накладення зварних швів по довжині з'єднання і його перетину. Найбільші залишкові деформації відзначені при зварюванні на прохід, тобто при виконанні швів від початку до кінця без перерв. У разі ручного зварювання для зменшення величини деформації доцільно виконувати шви від середини листів до країв. Цю схему застосовують при виконанні зварювання двома зварниками.

Різко зменшує величину напружень і деформацій так звана обратноступенчатая зварювання, коли шов зварюють ділянками таким чином, щоб до початку зварювання подальшого ділянки температура попереднього була не вище заданого значення, наприклад при зварюванні сталей - не вище 200 ... 300 ° С. Для одностороннього зварювання ця умова забезпечується, якщо довжина ступеня дорівнює ділянці, звареного одним електродом (при перетині шва, рівному 1...2 перерізу стрижня електрода). Зменшення деформацій і напруг при обратноступенчатой ​​зварюванні пов'язано з тим, що її виконують по розширеному зазору. При охолодженні одночасно зі зменшенням ширини шва зменшується і розширений зазор, що сприяє зниженню реактивних напружень і деформацій.

Для зменшення величини залишкових напруг і деформації ту при зварюванні багатопрохідних швів застосовують каскадний метод зварювання. Істотний вплив на величину напружень і залишкових деформацій надають довжина і напрям зварювання окремих швів.

89. Основні технологічні заходи зі зменшення деформацій і напружень при зварюванні.

Регулювання температурного стану. Температурний стан описується сукупністю термічних циклів в різних точках зварного з’єднання (температурне поле).

Впливати на характер термічного циклу в потрібному напрямку можливо шляхом:

* оптимізації параметрів режиму зварювання;

* застосуванням попереднього підігріву;

* застосуванням тепловідводів;

Управління металургійними процесами і процесами кристалізації у розплаві зварювальної ванни. Металургійні процеси і процеси кристалізації у зварювальній ванні закладають остаточний хімічний склад, первинну ( базову) структуру, майбутні властивості та якість металу шва і залежать від багатьох факторів, впливати на які можливо за рахунок:

* управління кристалізацією металу зварювальної ванни;

* призначення відповідного способу зварювання;

* вибору параметрів режиму зварювання;

* оптимізації зварювальних матеріалів і основного металу;

Заходи впливу на фізичні процеси в металі у твердому стані. В твердому стані внаслідок фізико–хімічних процесів і структурних перетворень утворюється так звана вторинна структура. Фазові і структурні перетворення металу при зварюванні в зоні зварного з'єднання відбуваються в процесі нагрівання й охолодження.

Вторинна структура, яка утворилася після повного охолодження зварного з’єднання, характеризує остаточні значення показників механічних властивостей металу зварного з’єднання, тобто ступень механічної неоднорідності. Основним заходом впливу на сформовану структуру з метою поліпшення механічних властивостей металу зварного з’єднання є застосування термічної обробки, яка пов’язана з структурними та фазовими перетвореннями. До такої термічної обробки відносяться відпал і гартування + відпуск.

Відпал складається з нагрівання металу виробу до температури фазових перетворень (для вуглецевих сталей на 30…50°С вище від точки Ас, приблизно 800°С), витримки при цій температурі (декілька годин) для повного прогрівання та завершення фазових перетворень в об’ємі металу і наступного повільного охолодження з метою отримання рівноважної структури.

При відпалі в результаті фазової перекристалізації подрібнюється зерно сталі, усувається відманштетова структура, зменшується структурна неоднорідність. Цей відпал сприяє підвищенню пластичності та в’язкості металу з одночасним падінням міцності. Різновидом відпалу є нормалізація.

Нормалізація відрізняється від відпалу тільки швидкістю охолодження (на повітрі). Прискорене, порівняно з відпалом, охолодження викликає дещо більше переохолодження і тому при нормалізації отримують більш дрібніше зерно, але твердість і міцність будуть дещо більшими, порівняно з цими показниками, після відпалу.

Гартування. Основною метою гартування є підвищення міцності металу. Ця технологічна операція зводиться до нагрівання, витримки (як і при проведенні відпалу), і охолодження зі швидкістю , що перевершує критичну і забезпечує одержання переважно мартенситної структури. Для забезпечення потрібної швидкості охолодження використовують різні гартівні середовища (воду, масло, розчин органічних сполук тощо).

Загартована сталь після охолодження знаходиться у структурно напруженому стані, є твердою та крихкою. Для зменшення крихкості та структурних напружень, переведення неврівноваженої структури загартованої сталі у рівноважний стан і надання потрібних властивостей (підвищення в’язкості, пластичності, зменшення твердості) сталь після гартування обов’язково піддають відпуску.

Відпуск для поліпшення стану і механічних властивостей після загартування складається з нагрівання до певної температури (нижче від Ас для сталі), витримування при цій температурі із наступним охолодженням до кімнатної температури. Для зменшення структурних напружень сталь нагрівають до температури 120…250 °С (низький відпуск). Середній відпуск (нагрівання до 300…450°С) забезпечує високу в’язкість та пружність сталі, знижує твердість. Високий відпуск (при 450…680°С) значно знижує твердість, межу міцності при розтягненні, межу текучості, підвищує пластичність та ударну в’язкість.