Jak se vyhnout deformaci při svařování? Metody eliminace deformací při svařování

Volba metody svařování je dána svařitelností materiálu konstrukce, množstvím lineární energie svařování a režimem svařování. Režim svařování by měl být zvolen tak, aby šířka aktivní zóny svařování byla co nejmenší. K tomu byste měli zvýšit rychlost svařování zvýšením tepelného výkonu. Pro rovnoměrný ohřev kovu po celé jeho tloušťce je vhodné zvýšit proudovou hustotu tak, aby byl průnik kovu hluboký. Hluboké pronikání pásových švů T- a tupých spojů vede k vyrovnání příčného smrštění přes tloušťku švu a snížení úhlové deformace.

Pro snížení zbytkových deformací a namáhání konstrukcí a výrobků během montáže je třeba dodržovat následující požadavky:

• 1) pokud je to možné, vyvarujte se upevnění jednotek a dílů pomocí cvočků, které vytvářejí tuhé upevnění;
• 2) pro zajištění pohyblivého stavu pevných částí je nutné použít svěrky, klínové centrovací zařízení a další montážní zařízení. Navíc by povaha jejich působení měla zajistit volný pohyb dílů v jejich rovině ve směru příčného smrštění a zpomalit rotaci dílů, tj. zabránit úhlové deformaci;
• 3) pro snížení deformací u tupých svarů lze obrobky před svařováním polohovat tak, že při svařování a následném ochlazování vzniká deformace opačného znaménka než ta, která může vzniknout při svařování (obr. 4a);

4) pro snížení přehřívání kovu a velikosti tepelného namáhání předehřejte celý svařovaný výrobek.

Při výběru technologie svařování je třeba vzít v úvahu, že velikost zbytkových deformací a napětí závisí na pořadí a způsobu aplikace švů po délce a průřezu, zatímco zvětšení průřezu švu zpravidla přispívá ke zvýšení deformací.

3. Správná montáž dílů s ohledem na možné deformace

Je nutné předem předvídat povahu možných napětí a deformací a provést předběžné ohýbání svařovaných dílů v opačném směru. Při montáži se vyvarujte lepení, které vytváří tuhou fixaci dílů a přispívá ke vzniku významných zbytkových pnutí. Je lepší použít montážní zařízení, která umožňují určitý pohyb dílů při smršťování kovu.

Během svařování Ke snížení zbytkových napětí a deformací ve svařovaných konstrukcích je třeba použít následující techniky.

1. Racionální posloupnost nanášení svarů. Kovové konstrukce by měly být svařeny tak, aby uzavírací švy, které vytvářejí tuhý obrys, byly svařeny jako poslední.

Například průchozí svařování se doporučuje pouze pro krátké švy dlouhé až 250 mm. U švů delších než 250 mm se doporučují švy od středu k okrajům, obráceným postupem nebo kombinací obou. V tomto případě musí být svařování paralelních švů v konstrukci provedeno v jednom směru a nejprve musí být provedeny tupé švy a jako druhé rohové švy. Při svařování dlouhých a vícevrstvých švů (obr. 21) se doporučuje používat dvouvrstvé, blokové, haldové nebo kaskádové metody svařování (obr. 22). Každá další housenka při vícevrstvém svařování se doporučuje provádět v opačném směru než předchozí.

Obr. 21. Způsoby vytváření švů: A-svařování „přes“; b – od středu k okrajům; metoda zpětného kroku

obecný směr svařování

Obr. 22. Svařování tlustého kovu: a – dvojitá vrstva; b – v blocích; v – ve snímku; g-kaskáda; I—Ш – sekce;

• 1-8 – sekvence svařování
• 2. Vyrovnávací deformace: přiřadit takovou sekvenci

provedení švů, ve kterých musí následný šev způsobit deformace v opačném směru než deformace z předchozího švu.

Obr. 23. Vyvažovací deformace: a – při výrobě svařovaného I nosníku; b, c, d — při nanášení korálku s podélnými švy (b – nesprávně, c – správně, d – pořadí nanášení korálků na hřídel o velkém průměru): 1-6 – pořadí nanášení švů

3. Pevná fixace dílů při svařování: Díly jsou zajištěny v montážních a svařovacích přípravcích, které mají značnou tuhost [16].

Po svařování

1. Mechanická úprava: Pomocí kladiv, zvedáků, šroubových lisů nebo jiných zařízení vzniká rázové nebo statické zatížení, které je zpravidla aplikováno ze strany největšího ohybu výrobku.

Mechanické rovnání v podnicích se provádí na lisech s hydraulickým, pneumatickým, mechanickým a ručním pohonem.

Při absenci lisů lze rovnání provádět ručně: pomocí kladiv, perlíků, dlát, páčidel, zvedáků atd.

Například u tenkostěnných nádob se na specializovaných strojích používá válcování a kování svarů. Válcování se provádí pomocí válců a kování se provádí vysokorychlostním pneumatickým rázovým zařízením. V tomto případě dochází ke zmenšení tloušťky svarového kovu, což má za následek jeho roztažení v podélném a příčném směru. To vede k mírné eliminaci příčného smrštění a výrazné nebo úplné eliminaci podélných zkracovacích deformací zóny svaru (obr. 24). Stejně tak je možné eliminovat vyboulení plechových dílů kováním od okrajů dílu a posunem k jeho středu.

Obr. 24. Eliminace úhlových deformací válcováním a kováním

V důsledku mechanického zpevnění (za studena) kovu v důsledku rovnání údery kladiva nebo perlíku se plasticita kovu prudce snižuje. V tomto ohledu se tento způsob úpravy nedoporučuje [6].

2. Tepelné rovnání: lokální ohřev malých ploch kovu deformované struktury. Ohřev se obvykle provádí pomocí vysoce výkonných svařovacích hořáků. Provádí se rychle a pouze do té doby, než se horní vlákna na konvexní straně výrobku stanou plastickou. Když se vyhřívané oblasti ochladí, stahují se a narovnávají výrobek.

Tepelné rovnání se provádí pomocí lokálního ohřevu deformované oblasti (obr. 25). Můžete jej ohřívat plynovým hořákem. Teplota ohřevu oceli 300-670°C.

Účinek tepelného rovnání se zvláště zvýší, pokud se po zahřátí dílu kuje (poklepává) dřevěným nebo kovovým kladivem. Je třeba mít na paměti, že údery musí být nejprve aplikovány kolem vyhřívané oblasti a poté musí být ošetřena samotná oblast.

Obr. 25. Rovnání lokálním ohřevem: a – podél okraje, b – podél lisovací roviny

Po zahřátí a zpracování několika oblastí se doporučuje udeřit v místě otoku [14].

V některých případech, aby se usnadnil výskyt plastických deformací, by měla být teplota ohřevu zvýšena na 800-900 °C.

Šířka zahřívací zóny by měla být 0,5-2 násobek tloušťky odpařeného kovu na jeden průchod.

Ve všech případech by mělo být zahřívání prováděno z konvexní strany a mělo by začínat od středu konvexnosti.

Nevýhodou tepelného rovnání je zvýšená křehkost kovového výrobku a snížená odolnost proti únavě.

Z tohoto důvodu se tepelné rovnání nepoužívá při výrobě sudů, kotlů a nádob pracujících pod tlakem.

Svařování dílů a sestav v pevném stavu v upínacích přípravcích výrazně snižuje deformace, ale zároveň se velmi zvyšuje svařovací napětí.

Po uvolnění svarového spoje z přípravku, ve kterém byl zajištěn, dochází k deformacím ze smrštění švů. Snížení deformací při svařování v pevném stavu se vysvětluje tím, že při zahřátí na vysoké teploty dochází k plastické deformaci.

Kromě toho se v praxi používá metoda tepelného rovnání s obecným ohřevem (žíháním).

EС se vyrábí také ve speciálních rovnacích zařízeních, ve kterých je konstrukce fixována v požadované poloze s předpětím v tuhém zařízení (obr. 26).

Obr. 26. Schéma tuhého upevnění plechů

Poté se zařízení s produktem vloží do pece a podrobí se obecnému ohřevu. Zahřátý kov se v zařízení plasticky deformuje a při následném ochlazení si zachovává svůj tvar. Tento typ korekce lze kombinovat s provozem obecného tepelného zpracování konstrukce. Režimy tepelného zpracování ocelí jsou uvedeny v tabulce v příloze. 3. Tato metoda však vyžaduje použití drahých zařízení z nedostatkových materiálů, proto se obvykle používá v případech, kdy je výrobek svařován z vysoce pevného materiálu a je velmi obtížné se zbavit deformací [14; 16J.

3. Termomechanické rovnání: Tato metoda spočívá v kombinaci lokálního vytápění s aplikací statického zatížení, které ohne korigovaný konstrukční prvek v požadovaném směru. Toto zatížení může být vytvořeno zvedáky, lisy nebo jinými zařízeními (obr. 27). Použití přídavného ohřevu pomáhá snížit úsilí potřebné k odstranění deformací. Tento způsob rovnání se obvykle používá u tuhých svařovaných sestav.

Rýže. 27. Termomechanické rovnání svařovaného základu pomocí zvedáku: 7 — podpěr; 2 – topná místa; 3 – jack

Vytvoření svařované konstrukce je tedy spojeno se složitými procesy probíhajícími při svařování: různé tvary a velikosti spojů svařovaných dílů; svařitelné a svařovací materiály; podmínky pro upevnění dílů při svařování metodami svařování atd. V tomto ohledu je obtížné pochopit roli svařovacích napětí v příčinách poškození a havárií ve svařovaných konstrukcích. Tato problematika nebyla plně prostudována.

Zároveň je třeba poznamenat, že namáhání při svařování v konstrukcích z plastů nesnižuje provozní pevnost svařovaných konstrukcí při statickém, vibračním nebo rázovém zatížení.

Namáhání při svařování může nepříznivě ovlivnit pevnost svařované konstrukce a zvýšit pravděpodobnost jejího zničení, pokud je konstrukce vyrobena z křehkého kovu nebo pokud se plastový materiál z nějakého důvodu převede do křehkého stavu.

Správně zvolené typy spojů, svařované a svařovací materiály, jakož i dobrá kvalita svařování eliminují negativní vliv namáhání svařováním na pevnost a spolehlivost svařované konstrukce [Ts7].

Při výběru metody pro snížení deformací a napětí, ke kterým dochází během procesu svařování, je třeba vzít v úvahu jakost svařovaného kovu.

Při svařování plechů z uhlíkové oceli musí být mezera mnohem menší než při svařování měděných plechů.

Při svařování měděných plátů se díky velké lineární a objemové roztažnosti mědi s malou mezerou na konci svařování budou pláty navzájem překrývat. Pokud jsou před svařováním pevně upevněny, vzniknou významná zbytková napětí a deformace.

Při svařování plechů z legované oceli mohou v důsledku změny objemu kovu při změně struktury vzniknout tlakové síly, pokud se objem zvětší, nebo tahové síly, pokud se objem sníží. Při svařování legovaných ocelí je proto nutné usilovat o snížení objemu ukládaného kovu a provádět svářečské práce tak, aby bylo méně pevných částí svařované konstrukce. Volnost částí svařované konstrukce sníží výskyt vnitřních pnutí.

Při svařování litiny nedochází k deformacím, protože při vzniku výrazných vnitřních pnutí vznikají trhliny.

Pro snížení deformací a vnitřních pnutí při svařování neželezných kovů, které mají významný koeficient lineární a objemové roztažnosti, je nutné zvětšit mezeru mezi svařovanými hranami a zmenšit objem ukládaného kovu, dále bude nutné tuhé upevnění svařovaných dílů [6].

Článek „Jak se vyhnout deformaci při svařování? Metody eliminace deformací při svařování“ je závěrečným pokračováním článků „Deformace a napětí při svařování. Příčiny deformací a napětí při svařování“ a „Druhy deformací a napětí při svařování“.

Ke snížení vnitřních deformací a pnutí se používá řada technologických metod z hlediska techniky a sledu švů a jejich umístění, při volbě správného provedení výrobku, při volbě režimů ručního obloukového svařování (nebo jiného způsobu svařování).

Opatření k zamezení deformace při svařování

Jedním ze způsobů, jak eliminovat deformace svařování, je svařování v přípravcích – speciálních zařízeních, která umožňují pevné upevnění produktu. Navíc se často používá předběžná deformace svařovaných dílů. Směr předběžné deformace by měl být opačný než očekávaná deformace při svařování. Toto opatření se také nazývá metoda předběžného ohýbání.

Tato metoda se používá k zamezení úhlových deformací při svařování koutových svarů a při svařování přeplátovaných spojů. Při svařování plechů malé šířky se ohýbají v opačném směru, než je předpokládaná deformace.

V případě svařování plechů velké šířky jsou jejich svařované okraje předem ohnuté. Aby se zabránilo deformaci při svařování spojů T a I nosníků, jsou zajištěny v zařízeních, která ohýbají díly ve směru opačném k očekávané deformaci.

Technika svařování, aby se zabránilo deformaci svařování

Existují různé možnosti svařovacích technik, které mohou snížit svářecí napětí a vývody. Při vytváření svarů dlouhé délky použijte pro průchod metodu svařování v obrácené fázi (schéma a) na obrázku vlevo). Při provádění vícevrstvého svařování se ukládají kaskádové svary nebo šoupátko. Každá z těchto vrstev (kromě první a poslední) je kovaná.

Kromě toho jsou svary provedeny tak, že každý následující šev způsobuje napětí opačná než napětí z předchozího švu (diagramy b) ac) na obrázku vlevo).

Sled svařování by neměl bránit případné volné deformaci svařované kovové konstrukce. Například při svařování plechových palubek je nutné nejprve svařit plechy v každé vrstvě palubovky a poté svařit vrstvy dohromady (viz obrázek vpravo).

Při svařování viskózních materiálů se používají metody svařování ke snížení zbytkových napětí. Tyto metody zahrnují zajištění svařovaného dílu ve speciálních zařízeních. V takových zařízeních se svařované díly sestavují, svařují a ochlazují.

Kromě toho se používají různé techniky pro rychlý odvod tepla ze svařovaného výrobku, například při chlazení pod tekoucí vodou, nebo odvod tepla pomocí měděných podložek.

Pokud je svařovaný kov náchylný k tvorbě kalících struktur, pak náhlé ochlazení svaru a tepelně ovlivněné zóny vede ke vzniku vnitřních pnutí a vzniku studených trhlin v kovu.

Aby se snížil teplotní rozdíl v kovu, provádí se předehřev před svařováním. Pokud se svářečské práce provádějí při nízkých teplotách, je ohřev nutný, i když se svařují nízkouhlíkové oceli.

Tepelné zpracování po svařování pro eliminaci pnutí a deformací

Dovolená po svařování pro uvolnění stresu

Při svařování uhlíkových konstrukčních ocelí se provádí obecné vysokoteplotní popouštění. K tomu se svařovaný výrobek zahřeje na teplotu 630-650 °C, udržuje se na této teplotě a ochladí. Doba výdrže se určuje rychlostí 2-3 minuty na milimetr tloušťky kovu.

K ochlazování svarového spoje by mělo docházet pomalu, aby při ochlazování znovu nevznikala vnitřní pnutí. Rychlost ochlazování oceli se určuje v závislosti na jejím chemickém složení. Čím více prvků podporujících kalení je v oceli přítomno, tím nižší je rychlost ochlazování při popouštění po svařování. Často se svarový spoj ochladí v peci na teplotu 300°C a poté na běžném vzduchu.

Žíhání k odstranění vnitřních pnutí

Žíhání k odstranění pnutí a deformací při svařování se provádí při plné nebo nízké teplotě. Během úplného žíhání se svařovaný výrobek zahřeje na teplotu 800-950°C, udržuje a chladí společně s pecí. Po takovém popouštění se houževnatost a tažnost svaru zvyšuje a tvrdost klesá.

Při nízkoteplotním temperování se svarový spoj zahřeje na teplotu 600-650°C a ochlazuje spolu s pecí. Při takovém temperování se kov zahřeje na teploty pod kritickou hodnotou, proto nedochází k přeměnám v krystalické struktuře kovu.

Úprava argonovým obloukem pro zmírnění zbytkového napětí

Pro odstranění zbytkových pnutí a deformací po svařování se používá úprava argonovým obloukem. Její podstata spočívá v tom, že přechodová zóna od svaru k základnímu kovu je natavena netavitelnou elektrodou v prostředí argonu. Když se tato přechodová zóna roztaví, napětí působící mezi svarovým kovem a základním kovem zmizí. Během krystalizace se znovu objeví, ale jejich velikost bude mnohem menší než původní. Tato metoda umožňuje snížit zbytková napětí až o 70 %. Kromě snížení pnutí umožňuje tato metoda plynulý přechod od švu k základnímu kovu a to výrazně zvyšuje pevnost konstrukce.

Kování svaru pro snížení napětí a odstranění deformací

Pokud se ve svarovém kovu nebo blízkých oblastech kovu vytvoří další plastické deformace, mohou být zbytková napětí a deformace během svařování zcela eliminovány. K tomu se vykují svarové švy.

Svarový spoj se kuje za chlazení při teplotách nad 450 °C nebo pod 150 °C. Při teplotách od 200°C do 400°C se kování neprovádí z důvodu zvýšeného rizika roztržení.

Švy jsou kovány ručně pomocí kladiva o hmotnosti cca 1 kg. Je povoleno používat pneumatické kladivo. V případě vícevrstvých švů neprokujte poslední vrstvu a první, na kterých se mohou vlivem nárazů vytvořit praskliny. Tímto způsobem se uvolní napětí v kovu při svařovacích vadách nebo při provádění uzavíracího svaru.

Tepelné rovnání kovů

Pro eliminaci deformací při svařování lze použít tepelné rovnání, při kterém se svarový spoj ohřívá plynovým plamenem nebo elektrickým obloukem z netavitelné elektrody. Při tepelném rovnání se kov zahřeje na teplotu 750-850°C a začne se rychle roztahovat. Studené vrstvy kovu, které jej obklopují, však brání jeho rozpínání a způsobují plastickou deformaci této oblasti. Při ochlazování se kov vyhřívané oblasti smršťuje a dochází v něm k částečné nebo úplné eliminaci deformací.

Mechanické rovnání svarového spoje

Při svařování tenkého kovu (do 3 mm) se rovnání provádí ručně pomocí kladiva. Pro velké tloušťky kovů se používají lisy. Tento způsob eliminace deformací při svařování nenašel široké uplatnění, protože Vhodnější metodou je tepelné rovnání.

Po mechanickém narovnání zůstává na povrchu kovu lokální zpevnění a mez kluzu v této oblasti se zvyšuje. Zároveň se snižuje tažnost oceli. Taková heterogenita mechanických vlastností negativně ovlivňuje statickou pevnost celé kovové konstrukce a při jejím provozu při proměnlivém zatížení.

Další související materiály:

c) taina-svarki.ru
Publikování materiálů stránek na internetu je možné pouze v případě, že uvedete aktivní odkaz na stránku taina-svarki.ru Použití obrázků je možné pouze tehdy, pokud na ně uložíte název domény taina-svarki.ru. Autor na Google+