3.2.4. Факторы, определяющие выбор способа сварки
На выбор способа и метода сварки могут влиять следующие факторы:
род материала, его сортамент;
химический состав металла и сплавов, их теплофизических свойств, определяющих технологическую свариваемость, толщина металла;
назначение металла с точки зрения характера воспринимаемых нагрузок и условий эксплуатации;
конструкция изделия с учётом её сложности, массы, габаритов, типов соединений, положение швов в пространстве, их протяжённость.
вид термической обработки;
производительность способа сварки;
программа выпуска и тип производства;
экономическая эффективность способа сварки.
Влияние рода материала проявляется следующим образом, например, активные металлы (Ti, Al и др.) сваривают с применением защиты сварочной зоны инертными газами или в вакууме. Металлы, обладающие меньшей активностью, можно сваривать с применением более дешёвых газов (CO2) или ручной дуговой сваркой (штучными электродами).
Толщина металла влияет на выбор способа сварки следующим образом.
Металл толщиной 1,5–2 мм наиболее эффективно сваривать контактной сваркой. В диапазоне толщин 2–5 мм оптимальным способом является способ дуговой сварки в среде защитных газов. При толщине металла 5–20 мм максимальную производительность при высоком качестве соединения обеспечивает сварка под флюсом. Для соединения металла толщиной 30 мм и более предпочтительной является электрошлаковая сварка.
Металлы, обладающие высокой теплопроводностью, рекомендуется сваривать способами, обеспечивающими высокую концентрацию тепловой энергии (электронно-лучевая сварка, плазменная сварка и др.).
Выбор метода сварки (ручная, полуавтоматическая, автоматическая) определяется протяжённостью швов, их конфигурацией, положением в пространстве. Например, автоматическую сварку рекомендуется применять для получения швов длиной 1000 мм и более, прямолинейных, в нижнем положении. Для более коротких швов применяют ручную и полуавтоматическую сварку.
Иногда материал и конструкция изделия позволяют применить несколько способов сварки. В этих случаях выбор одного из них осуществляется путём экономического сравнения различных вариантов с учётом программы выпуска, типа производства, экономической эффективности сравниваемых способов.
3.3. Технологические приёмы уменьшения или устранения сварочных напряжений и деформаций
Сварочные деформации и напряжения в конструкциях в большинстве случаев являются недопустимым дефектом, снижающим эксплуатационные показатели конструкции и ухудшающим её внешний вид. Поэтому при производстве многих сварных конструкций возникает необходимость их снижения до значений, обусловленных техническими условиями на изготовление конструкций. В силу этого возникает производственная необходимость управлять развитием сварочных деформаций и напряжений, удерживая их в пределах оптимальных значений.
Усиление деформаций предусматривается на всех этапах проектирования и изготовления сварных конструкций.
3.3.1 Мероприятия по уменьшению сварочных деформаций, применяемые в процессе разработки конструкции
На стадии разработки проекта необходимо принимать конструктивные решения, позволяющие избегать значительных искажений конструкции и при необходимости обеспечивать их правку.
Во-первых, назначают минимальные объёмы наплавленного металла. Используют способы сварки с минимальным тепловыделением, например контактную вместо дуговой, многопроходную вместо однопроходной.
Балочные конструкции проектируют с таким поперечным сечением и расположением швов, чтобы моменты, создаваемые усадочными силами, были уравновешены.
Иногда целесообразно обеспечить свободное сокращение элементов оси усадки, чтобы не вызвать искажение конструкции в целом. Например, нахлёсточное соединение, ещё не сваренное, позволяет смещаться листам, не передавая остальной части конструкции усадку.
В конструкциях с тонкостенными элементами швы располагают либо на жёстких элементах, либо вблизи них.
В тех случаях, когда возможно искажение конструкции при сборке и сварке, проектирование ведут так, чтобы обеспечить возможность последующей правки.
На стадии разработки технологии сборки и сварки проводят следующие мероприятия:
Применяют рациональную последовательность сборочно-сварочных операций. Например, конструкцию расчленяют на узлы, которые по отдельности могут быть легко выправлены, а затем сварены между собой с минимальными отклонениями. Сборку целесообразно вести от наиболее жёсткого элемента.
Назначают экономичные способы и режимы сварки с минимальным тепловыделением и таким характером искажений, который безвреден для качества конструкции. Например, если недопустим излом длинной трубы в зоне кольцевого шва, то применяют многопроходную сварку. Регулированием скорости охлаждения и химического состава металла шва изменяют характер структурных превращений и усадочную силу.
Применяют соответствующую оснастку и приспособления для сборки и закрепления свариваемых элементов. Они эффективно применяются для значительных временных перемещений, но с малыми усадочными силами, например прижатие тонких листов при сварке стыковых соединений, закрепление рёбер или диафрагм при выполнении угловых швов и т.д.
Назначают размеры заготовок с учётом последующей усадки.
Например (рис. 3.5), переменный зазор при электрошлаковой сварке (а), компенсация угла при сварке стыковых соединений (б), создание предварительной кривизны балки (в) путём выкраивания стенки с кривизной, натяжение или термическое удлинение стенки двутавра (г), чтобы она при последующей усадке не потеряла устойчивости.
а б
в г
Рис. 3.5. Виды заготовок с учетом последующей усадки
Предварительной пластической деформацией заготовок перед сваркой создают перемещения, противоположные ожидаемым при сварке. Например, изгибают полки в балке, чтобы уменьшить грибовидность оси укладки продольных швов, раскатывают края оболочек перед сваркой кольцевых швов, изгибают в штампах края отверстий в оболочках, чтобы компенсировать последующее перемещение соединения и оси оболочки и т.д.