2.6. Влияние остаточных деформаций на качество сварных конструкций.

Остаточную деформацию в результате сварочных напряжений могут иметь детали, узлы и крупные конструкции. Эти деформации являются причиной таких негативных явлений, как:

– затрудняют сборку конструкции или монтаж ее на фундаменте без подгонки, правки, подрубки; это усложняет технологию работ и увеличивает их трудоемкость;

– очень опасны искажения геометрической формы элементов и конструкции в целом, так как в процессе их правки и монтажа создаются дополнительные неучтенные напряжения в несущих элементах, что может привести к разрушению конструкции даже при небольших эксплуатационных нагрузках;

– искажение геометрической формы сварных рабочих органов машин (например, шнек дозатора, транспортера или пресса), трубопроводов существенно ухудшает эксплуатационные характеристики этих изделий;

– назначение повышенных припусков на механическую обработку из-за деформации деталей или узлов, предназначенных для механической обработки с целью придания им требуемой точности размеров и геометрической формы, увеличивает расход металла;

– ухудшается внешний вид изделий, что в основном относится к листовым обшивкам кабин автомобилей, комбайнов, вагонов; снижается рыночная конкурентоспособность деформированной конструкции с искаженной геометрической формой.

Прогнозирование возникновения вероятных напряжений и полей их распределения в сварных конструкциях позволяет уже на стадии проектирования этих конструкций и разработки технологии их изготовления уменьшить или почти исключить возникновение сварочных напряжений и вызываемых ими деформации. Аналитические методы определения напряжений, ввиду сложности решения этих задач, большого распространения не получили. Поэтому чаще всего используют экспериментальные методы определения остаточных напряжений и деформаций, а наиболее эффективны – практические приемы минимизации сварочных напряжений на стадиях проектирования конструкций, обработки, технологии подготовки и выполнения сварочных работ, а также ликвидации напряжений путем термообработки готового изделия.

2.7. Методы предотвращения, снижения и устранения сварочных напряжений и деформаций

При создании сварных конструкций предотвращение, снижение и устранение сварочных напряжений и деформаций осуществляется на каждом из трех этапов:

2.7.1. На этапе проектирования – конструирования изделия.

2.7.2. На этапах разработки технологии сварки и выполнения сварочных работ.

2.7.3. Технологические операции, проводимые после сварки.

На первых трех этапах осуществляется минимизация или предотвращение напряжений и деформаций, а после сварки устранение возникших напряжений и деформаций в готовом изделии.

При конструировании сварного изделия необходимо соблюдать следующее:

– поскольку увеличение поперечного сечения швов ведет к увеличению объемов металла, создающего напряжения и деформации, то необходимо назначить минимальные, но допускаемые прочностным расчетом сечения сварных швов, обеспечивающие необходимую прочность и плотность конструкции;

– использовать способы сварки с минимальным тепловложением, например, контактную сварку вместо электродуговой, многопроходную вместо однопроходной;

– располагать швы, возможно, ближе к оси, проходящей через центр тяжести сечения;

– компенсировать ожидаемые деформации и перемещения путем симметричного расположения швов, создания дополнительных зон пластической деформации; целесообразно избегать одностороннего расположения поперечных швов в балках, а каждую пару швов располагать симметрично относительно оси, проходящей через центр тяжести сечения;

– балочные конструкции проектировать такого поперечного сечения и с таким расположением швов, чтобы изгибающие моменты, создаваемые сжимающими напряжениями, были взаимно уравновешены, это обеспечивает минимальный изгиб балок;

– число швов в конструкции должно быть, по-возможности, минимальным; избегать пересечения нескольких швов и большого скопления металла в узлах, что позволит уменьшить концентрацию тепла в одном месте;

– для уравновешивания, деформаций в изделии припуски деталей на усадку должны быть равны усадке, чтобы размеры конструкции после сварки соответствовали проектным;

– для уменьшения угловой деформации стыкового соединения угол раскрытия V-образной разделки должен быть минимальным;

– если позволяют условия прочности конструкции, то выполнять прерывистые швы, вместо сплошных;

– при сварке заготовок разной толщины, необходимо на более толстой заготовке снять фаску, чтобы в месте контакта (сварки) заготовки были одинаковой толщины;

– в пространственно развитых конструкциях коробчатого сечения для предотвращения потери устойчивости свариваемых элементов и образования выпучин целесообразно применять вспомогательные элементы в виде ребер жесткости, диафрагм, косынок, распоров;

– необходимо предусматривать размещение в конструкции свариваемых элементов, отверстий, полок и т.п. таким образом, чтобы обеспечить возможность использования зажимных сборочных приспособлений;

– в конструкциях с тонкостенными заготовками для уменьшения вероятности потери их устойчивости необходимо располагать швы на жестких элементах либо вблизи них, чтобы разгрузить тонкие листы от напряжений сжатия;

– во всех случаях, когда есть опасение, что могут возникнуть нежелательные искажения размеров и формы конструкции, проектирование ведут так, чтобы обеспечить возможность последующей правки изделия.

Разработка рациональной технологии подготовки изделия к сварке и выполнения сварки.