Сварочные напряжения и деформации, меры борьбы с ними

В результате местного (неравномерного) нагрева металла в сварной конструкции возникают временные и остаточные напряжения. Временные сварочные напряжения наблюдаются только в определенный момент сварки в процессе изменения температуры. Напряжения, существующие после окончания сварки конструкции и полного ее остывания, называются остаточными сварочными напряжениями или сварочными напряжениями.

При проектировании и изготовлении сварной конструкции необходимо считаться с возможностью появления в них остаточных деформаций и напряжений, и принимать меры для их предотвращения или ограничиваться в таких пределах, при которых их влияние не будет опасным.

При сварке малоуглеродистых сталей, имеющих наиболее широкое применение в металлических конструкциях, в них возникают напряжения первого рода, уравнивающиеся в микрообъемах. Неизбежными причинами сварочных деформаций являются:

• неравномерный нагрев изделия при сварке;

• тепловая усадка швов;

• структурные изменения металла шва и ЗТВ.

Сопутствующими причинами являются:

• неправильное решение конструкции сварного узла, т.е. близкое расположение и частое пересечение сварных швов или неправильный выбор типа сварного соединения;

• применение устаревшей техники и технологии;

• низкая квалификация сварщика;

• нарушение геометрических размеров шва.

Основной мерой борьбы с деформациями является создание в зонах пластической деформации, дополнительных деформаций противоположного знака.

В сварочном шве при остывании возникают напряжения растяжения и необходима пластическая деформация для приведения к нулю. Этого можно достичь проковкой – металл осаживается по толщине, создавая пластические деформации удлинения в плоскости, перпендикулярной направлению удара.

В нашем случае можно использовать жесткое закрепление в сварочном приспособлении, а также высокотемпературный отпуск.

Закрепление деталей при сварке относится к числу достаточно часто применяемых приемов для уменьшения деформаций изгиба [7, с. 162].

Сварные швы должны располагаться симметрично относительно центра тяжести (рисунок 7), так как при данном способе сварки будут наименьшие сварочные деформации.

Рисунок 7 – порядок наложения сварочных швов

После сварки двутавра образуется следующие остаточные деформации:

Рисунок 8-Деформация двутавра после сварки

Предотвращение данной деформации, возможно несколькими способами:

• создание обратных деформаций;

• с помощью различных прижимных приспособлений, препятствующих её образованию;

• устранение грибовидной формы с помощью пресса (рисунок 9) или выпрямляющих скоб(будем использовать этот метод).

Рисунок 9 – Устранение грибовидной формы с помощью пресса (прижимных валиков)

Такие прижимные валики были разработаны на Старокраматорском машиностроительном заводе им. Орджоникизе и внедренной на Днепропетровском заводе металлоконструкций им. Бабушкина в поточной механзированной линии. Технические характеристики приведены в таблице 17.

Таблица 17 – технические характеристики машины для правки двутавров [св т3, С.332]

Высота сварной балки, мм	500-2030
Размеры полки, мм: ширина толщина	220-600 10-40
Предел прочности материала балки, МПа	500-600
Усилие нажимного ролика, кН	170
Скорость продольного перемещения балки, м/сек	0.165
Габаритные размеры машины, мм длина ширина высота	6672 3190 4835
Вес, т	50