3.2. Разработка технологии сборки и сварки

Сварке всегда предшествует сборка конструкции, то есть установление и фиксация деталей в предусмотренном проектом положении. Сборка под сварку является одной из трудоёмких и наименее механизированных операций. Она должна обеспечивать возможность качественной сварки конструкции. Для этого необходимо выдерживать заданный зазор между соединяемыми деталями, установить детали в проектное положение и закрепить между собой так, чтобы взаиморасположение деталей не нарушалось в процессе сварки и кантовки, а если необходимо и транспортировки.

В подавляющем большинстве случаев взаимное расположение деталей перед дуговой сваркой фиксируется при помощи коротких отрезков швов, называемых прихватками. Сечение прихваток не должно превышать 1/3 сечения шва. Их максимальное сечение не более 25-30 мм , длина 20-120 мм, расстояние между ними 300-800 мм. При сварке ответственных конструкций вручную или в защитных газах на режимах обеспечивающих достаточное проплавление основного металла, прихватки следует удалять при наложении рабочего шва путём расчистки корня шва. При сварке в защитных газах на режимах обеспечивающих достаточное проплавление основного металла, эта операция излишняя.

По концам детали устанавливают специальные планки (размером 200x100, из того же металла, что и основной) для вывода начала и конца шва за его пределы. Эти же планки служат и для скрепления деталей.

Для получения полного провара и предохранения от протекания жидкого металла через разделку или зазор одностороннюю сварку стыковых швов выполняют на флюсо-медной подкладке

Технология сварки низколегированных сталей такая же, как и углеродистых конструкционных сталей. Вместе с тем имеется ряд специфических особенностей, присущей только этой группе материалов. Пониженная теплопроводность и высокий коэффициент линейного расширения обуславливают усиленное коробление конструкции и узлов из низколегированных сталей и сплавов. Поэтому для их сварки применяют режимы, которые характеризуются минимальной концентрацией нагрева. В этом случае лучшие результаты даёт механизированная сварка под флюсом и в среде защитных газов.

Из сказанного следует, что получение надёжно работающих конструкций и узлов из низколегированных сталей и сплавов требуют от сварщиков весьма тщательного и грамотного к ним подхода. Технологию сварки необходимо назначать с учётом всех возможных условий эксплуатации сварных соединений. Конструировать изделия из низколегированных сталей и сплавов следует с учётом конкретной возможной технологии их сварки

.

3.3. Сварочные напряжения и деформации, меры борьбы с ними

Сварка, как и другие процессы обработки металлов (штамповка, литье, термическая обработка), вызывает возникновение в изделиях собственных напряжении. Собственными напряжениями называются напряжения, которые существуют в изделии без приложения внешних сил. Поэтому в самый начальный период создания сварных конструкций, при их проектировании, необходимо считаться с возможностью появления в них значительных остаточных деформаций и напряжений, которые могут изменить проектные формы и размеры. В тех случаях, когда изменение размеров конструкции выходит в пределы допустимых, приходится применять специальные меры по предотвращению или уменьшению остаточных сварочных деформаций и напряжений. Для этого необходимо знать систему их классификаций и основные законы их возникновения. В зависимости от причины, вызвавшей напряжения, различают:

а) тепловые напряжения, вызванные неравномерным распределением температуры при сварке;

б) структурные напряжения, возникающие вследствие структурных превращений, сопровождающихся переохлаждением аустенита в околошовной зоне и образованием продуктов закалки мартенсита, объем которого больше объема исходной структуры.

Структурные напряжения не могут существовать при отсутствии тепловых напряжений, тогда, как тепловые могут существовать при отсутствии структурных (как, например, в малоуглеродистых сталях).

В зависимости от времени существования собственных напряжений и деформаций различают:

а) временные (переменные) - существующие в конструкции лишь в определенный момент времени. Если при этом возникшие напряжения не превысят предела упругости, временные напряжения и деформации исчезают после охлаждения изделия;

б) остаточные — остаются в изделии после исчезновения причины, их вызвавшей. Эти напряжения и деформации также возникают вследствие неравномерного нагрева. Но при этом в отдельных объемах нагреваемого изделии должны иметь место термопластические деформации или структурные превращения с образованием продуктов закалки.

В зависимости от размеров области, в пределах которой имеют место и взаимно уравновешивающиеся внутренние напряжения, различают:

а) напряжения первого рода, которые действуют и уравновешиваются в крупных объемах, соизмеримых с размерами изделия или отдельных его частей. Эти напряжения могут быть определены экспериментально или расчетным путем;

б) напряжения второго рода — уравновешиваются в микрообъемах тела в пределах одного или нескольких зерен металла, не имеют определенной ориентировки и не зависят от формы изделия. Напряжения второго рода определяются рентгеноструктурным анализом

в) напряжения третьего рода — уравновешиваются в объемах, соизмеримых с атомной решеткой, и связаны с искажением атомной решетки; возникают они, например, при образовании растворов внедрения; определяются рентгеноструктурным анализом.

К напряжениям первого рода относятся, как правило, внутренние напряжения, вызванные неравномерным нагревом и остыванием, либо неравномерной пластической деформацией. Поэтому сварочные напряжения и являются напряжениями первого рода. По направлению действия напряжений и деформаций различают продольные напряжения вдоль (параллельно) оси шва — рисунок 2, и поперечные напряжения поперек (перпендикулярно) оси шва. По виду напряженного состояния сварочные напряжения делятся на:

а) Линейные (одноосные), действующие только по одной оси в одном направлении — рисунок За;

б) Плоскостные (двухосные), действующие в двух направлениях — рисунок 3б;

в) Объёмные (трехосные), действующие в трех направлениях - рисунок Зв.

Рисунок 3

В зависимости от изменения при сварке форм и размеров детали или изделия различают:

а) деформации в плоскости — проявляются в изменении формы и размеров детали или конструкции в их плоскости. Они могут быть продольными, поперечными и изгиба;

б) деформации из плоскости (угловая деформация) — проявляются в образовании поперечных или продольных волн, изломов плоскости свариваемых листов или элементов изделия, в грибовидном изгибе пояса при сварке тавровых и двутавровых сечений и других изменениях формы детали.

В основе известных методов уменьшения сварочных деформаций и перемещений лежат три основных способа:

- уменьшение объёма металла, вовлекаемого в пластическую деформацию на стадии нагрева, и уменьшения самой пластической деформации;

• создание в зонах пластических деформаций, возникших от нагрева, дополнительных деформаций противоположного знака. Это может быть выполнено как при остывании, так и после полного охлаждения;

- компенсация возникающих деформаций и перемещений путём симметричного расположения швов, создание дополнительных зон пластических деформаций, предварительного перемещения, обеспечения свободной усадки и другие.

Практикой и исследованиями установлено, что на остаточные деформации и напряжения при сварке наряду с неравномерностью распределения температуры в свариваемом металле существенное влияние оказывает не одновременность наложения шва по длине и сечению шва, последовательность и направление выполнения швов. При сварке широко применяются такие методы выполнения швов по длине: напроход от середины к концам, вразброс; а по сечению — однопроходный, многопроходный, каскадный, блочный, горкой и др.