Методы снижения сварочных деформаций и напряжений

Рациональное конструирование сварных соединений: Рабочие чертежи сварных конструкций следует разрабатывать с учетом мероприятий по уменьшению сварочных напряжений и деформаций. Для этого сварные соединения конструируют таким образом, чтобы объем наплавленного металла был минимальным.

Применение в конструкциях вместо сплошных швов прерывистых швов, если не требуется герметичность сварного соединения и его прочность.

Общий отпуск в термических печах (нагрев до 600 …650 С) и выдержки 3 …4 ч. После выдержки охлаждение на воздухе.

Рациональный порядок наложения швов. При их симметричном расположении сваривают последовательно противоположные швы.

С целью уменьшения угловых деформаций следует применять двухстороннюю сварку с х - образной разделкой (рис.3. 5) или ребра жесткости (рис.3.6).

Выбор рационального метода сварки. Известно, что ширина зоны теплового влияния, величина погонной энергии зависит в большей степени от температуры и концентрации тепла сварочного источника нагрева (чем больше концентрация энергии, тем меньше деформация).

Предварительный подогрев при сварке закаливающихся сталей, а также используется прием многослойной сварки короткими участками.

Рис.3.5. Угловые деформации 1 и 2 при сварке стыкового соединения: а – с односторонней разделкой кромок; б – с двухсторонней.

Рис. 3.6. Угловые деформации 1 и 2 в тавровом соединения: а – без ребер жесткости; б – с ребрами жесткости

Прокатка или ручная проковка шва или околошовной зоны. За счет пластических деформаций в месте прокатки или проковки возникают остаточные сжимающие напряжения, которые снижают величину остаточных напряжений и деформаций.

3.5. Экспериментальные исследования влияния режимов сварки на кинетику изменения деформаций и на температурное распределение в околошовной зоне

Работа выполняется на посту сварки переменным током на установке, схема которой приведена на рис.3.1. На узкое ребро пластины толщиной 13 мм наплавляется валик металла (одним проходом) длиной lo=150 мм. Исследуются влияние различных режимов сварки на кинетику изменения стрелы прогиба пластины. Линейное перемещение точки М пластины по оси Z будем называть стрелой прогиба fст.

В процессе проведения измеряется линейное перемещение нижней токи пластины (т.М.) по оси Z преобразуется в электрический сигнал индуктивным измерительным преобразователем осевого действия. Текущие значения стрелы прогиба пластины в мкм измеряются электронным блоком “БЭП 033.20.00” и выводятся на

дисплей измерительного электронного блока и выдаются на печать через каждые 10 сек.

Индуктивный датчик линейных перемещений состоит из двух индуктивных катушек и ферритового стержня с наконечником, которые вмонтированы в корпус. При изменении положения ферритового стержня внутри катушек изменяется напряженность магнитного поля, соответственно изменяется их индуктивное сопротивление и соответственно изменяется сила тока, протекающая в измерительной цепи.

Электронный блок оснащен клавиатурой (содержащий 4 - ри клавиши) и дисплеем. Обозначение клавиш клавиатуры приведено на рис.3.7. Электронный блок имеет следующие режимы работы:

 “Измерение“ ( основной режим работы);

 “Калибровка“;

 “Установка нуля“;

 “Печать“;

Дисплей

СБРОС

КАЛИБР

УСТ.0

ПЕЧАТЬ

Рис.3.7. Лицевая панель электронного блока БЭП 033.30.00

Режим “Измерение“ (основной режим работы) предназначен для индикации текущего положения измерительного наконечника индуктив-

ного датчика. Режим “Калибровка” предназначен для калибровки электронного блока (преобразования электрических сигналов линейного перемещения в мкм). “Установка нуля” предназначена для обнуления смещения измерительного канала индуктивного датчика. Режим “печать” предназначен для выдачи на печать текущих значений положений измерительного наконечника индуктивного датчика 10 сек. Завершается печать после выдачи 30 последовательных значений или после повторного нажатия клавиши “Печать” (повторное нажатие клавиши “Печать” можно заменить нажатием дополнительной клавиши “ Сброс”).

При включении питания, электронный блок переходит в режим “Измерение“, если не нажата клавиша “Калибр.” При выполнении эксперимента категорически запрещено нажимать на клавишу!

Теоретический анализ показал, что кинетику изменения стрелы прогиба (т.е. временной зависимости стрелы прогиба) в процессе наплавки валика металла, его затвердевания и охлаждения пластины можно разбить на 4-ре этапа:

На первом этапе текущее время t, отсчитываемое с момента начала наплавки валика металла на пластину, изменяется пределах 0< < to, стрела прогиба fст направлена вверх, пластина имеет прогиб вверх (форма пластины приведена ниже):

1) 0<< to

На втором этапе to <t< t1 стрела прогиба направлена вниз, но прогиб пластины по-прежнему направлен вверх

2) to << t1

На третьем этапе стрела прогиба направлена вниз, но пластина выпрямилась (прогиб пластины исчез)

3) = t1

На четвертом этапе t1 < t < t2 стрела прогиба направлена вниз, а прогиб пластины направлен вниз

4) t1 << t2

На первом этапе (0< < to) этапе точки пластины, находящиеся вблизи валика наплавленного металла вследствие термического расширения нагретых частей пластины будут перемещаться вверх по оси z. Если модель твердого тела представить в виде атомов, связанных между собой силовым взаимодействием (пружинками), то атомы металла, находящиеся вблизи валика наплавленного металла будут подтягивать атомы слоев металла, имеющих более низкую температуру. По этой причине стрела прогиба направлена вверх и соответственно прогиб пластины направлен вверх.

На втором этапе ( to <t< t1) наплавленный металл затвердевает, имеет место усадка, вследствие теплопроводности металла пластины температура более холодных её частей повышается и, вследствие, этого стрела прогиба fст меняет свое направление, т.е. уже будет нап-

равлена вниз. При форма прогиба пластины сохраняется.

На третьем этапе (моменте) = t1 пластина выпрямляется, стрела прогиба пластины fст направлена вниз.

На четвертом этапе (t1 << t2) стрела прогиба fст пластины направлена вниз, а форма прогиба пластины направлена вниз.