1.21. Методы снижения остаточных сварочных напряжений и деформаций

1.21.1. С целью снижения растягивающих остаточных сварочных напряжений, уменьшающих прочность сварных соединений вагонов при переменных нагрузках и являющихся одной из основных причин хрупких и замедленных разрушений, особенно при отрицательных температурах, а также с целью устранения остаточных деформаций и перемещений, затрудняющих последующую сборку и сварку кон­струкций (наличие остаточных сжимающих напряжений в зонах кон­центраторов способствует повышению прочности особенно при пере­менных нагрузках) необходимо соблюдать следующие основные принципы:

1) снижать величину и объем пластических деформаций укороче­ния при сварочном нагреве путем регулирования термического воз­действия следующими методами: уменьшением количества сварных швов и количества наплавленного металла за счет уменьшения пло­щади разделки кромок или расположением сварных швов симметрич­но относительно оси симметрии изделия, уменьшением погонной энергии (отношения вводимой тепловой энергии к скорости сварки);

предварительным или сопутствующим подогревом свариваемого из­делия или зоны сварного шва; принудительным охлаждением шва или околошовной зоны за дугой или применением электродов с покрыти­ем, содержащим железный порошок, при ремонте сваркой узлов и деталей из углеродистых сталей;

2) снижать величину пластических деформаций укорочения, воз­никших при сварочном нагреве, путем создания после сварки пласти­ческих деформаций обратного знака (удлинения) в металле шва и околошовной зоне следующими методами: проковкой шва и около­шовной зоны; механической правкой путем изгиба или растяжения сварного элемента; сваркой в жестких приспособлениях; последую­щим высоким общим или местным отпуском;

3) компенсировать возникающие при сварке деформации (переме­щения) следующими методами: созданием предварительных деформа­ций, противоположных по направлению сварочным, путем приложе­ния механических усилий с использованием специальных приспособ­лений (особенно эффективно при компенсации деформации продольного изгиба балочных конструкций); расположением сварива­емых деталей при сборке перед сваркой под углом с учетом последую­щей усадки, приводящей к изгибу; рациональной последовательнос­тью сборки и сварки и последовательности наложения швов, особен­но при двусторонней многослойной сварке; увеличением припусков на размеры свариваемых деталей на величину продольной и попере­чной усадки однопроходных и многослойных швов.

1.21.2. Для уменьшения остаточных напряжений и деформаций при однослойной ручной дуговой сварке швов средней длины (300 < =L <=. 1000 мм) разбивается на два участка и заваривается от се­редины к концам участка (рис. 1.17, а). С этой же целью шов может быть заварен обратноступенчатым (рис. 1.17, б) или комбинирован­ным (рис. 1.17, в) способом.

П ри обратноступенчатом способе весь шов разбивают на отдель­ные участки длиной 100—300 мм. Сварку каждого участка выполняют в направлении, обратном общему направлению сварки. При этом конец каждого последующего участка совпадает с началом предыду­щего. Сварку необходимо вести без перерывов между участками (кроме перерыва на замену электрода), чтобы использовать подогрев от заварки предыдущего участка. Длину участков целесо­образно выбирать соответствую­щей расплавлению одного электрода (при ручной д

Рис. 1.18. Способы выполнения много­слойного шва при ручной и механизиро­ванной сварке. а — на проход, б — каскадом, в — горкой

уговой сварке). При сварке обратносту­пенчатым способом стыковых швов зазор между свариваемыми листовыми элементами увеличи­вается на 0,5 мм.

1.21.3. При сварке многослой­ных швов необходимо приме­нять каскадный метод сварки (рис. 1.18, б). Длина каждой сту­пени в зависимости от состава ос­новного металла должна нахо­диться в пределах 300—600 мм. Каждый последующий слой на­кладывают на еще не успевший остыть предыдущий слой. Допус­кается также применять сварку на проход (рис. 1.18, а) и горкой (рис. 1.18, в).

1.21.4. Наиболее полное снятие остаточных напряжений после сварки (до 80—95 %) достигается при высоком отпуске. Применение высокого отпуска должно быть технически и экономически обоснова­но, а режим должен определяться соответствующей технологической или конструкторской документацией.

1.21.5. Значительное снижение остаточных напряжений в сварных соединениях может быть достигнуто проковкой швов. Проковка долж­на быть выполнена в процессе остывания стальных сварных соедине­ний при температурах 450 °С и выше либо 150 °С и ниже. В интервале температур 150—450 °С проковка недопустима из-за понижения плас­тичности металла (для контроля температуры рекомендуются термокарандаши, термокраски и приборы дистанционного контроля).

Проковка может выполняться вручную молотком массой 0,6— 1,2 кг или пневматическим молотком. При этом ударные поверхности инструмента должны иметь закругления радиусом не менее 2 мм. При многослойной сварке проковывают каждый слой за исключением пер­вого. Проковка, как правило, должна применяться для уменьшения остаточных и реактивных напряжений при заварке трещин и замыка­ющих швов в жестких конструкциях.

1.21.6. Предварительный или сопутствующий подогрев с целью снижения временных и остаточных напряжений и связанных с ними горячих или холодных трещин необходимо производить при сварке сталей с содержанием углерода более 0,25 % (для углеродистых ста­лей) или эквивалентного углерода С_экв более 0,45 % для низколегированных сталей.

Д ля низколегированных сталей содержание эквивалентного угле­рода определяют по формуле:

Температура и способы подогрева перед или в процессе сварки, а также режим охлаждения свариваемой или наплавляемой детали оп­ределяются технической документацией, согласованной с ЦВ МПС.

1.21.7. Одной из мер снижения остаточных деформаций является закрепление свариваемых деталей в специальных приспособлениях-кондукторах, а также применение прихваток при сборке деталей и узлов.

1.21.8. Прикладываемое продольное усилие при сварке балочных конструкций с продольным растяжением вдоль шва для уменьшения остаточных напряжений должно создавать напряжения в свариваемых деталях (0,8—0,9)σ_т основного металла. Снятие этих усилий после сварки приведет к уменьшению остаточных продольных напряжений (вдоль шва) до 70—80 %.

1.21.9. Для уменьшения угловых деформаций при многослойной сварке деталей средней и большой толщины необходимо производить двустороннюю сварку с попеременным наложением швов с обеих сто­рон с учетом того, что после заполнения разделки до толщины 40— 50 мм угловые деформации не могут быть исправлены за счет наложе­ния швов.

1.21.10. Технология и фактические значения параметров процессов, проводимых с целью снижения сварочных напряжений и деформаций, должны быть предварительно проверены на опытных образцах, соот­ветствующих по материалам и геометрии свариваемому или наплав­ляемому изделию.