На стадии проектирования конструкции. Так как сварочные деформации зависят от количества вводимой при сварке энергии, целесообразно назначать минимально необходимые размеры швов. Особенно целесообразно уменьшение катетов угловых швов /С, так как объем наплавленного металла и тепловложение сокра­щаются пропорционально К2.

Уменьшения деформаций можно достигнуть применением тех видов сварки, которые требуют меньше тепловложения, например контактной вместо дуговой, многослойной — вместо однослойной.

Элементы балочного типа целесообразно конструировать с таким расположением сварных швов, чтобы сумма моментов усадочных сил от продольных швов относительно центра тяжести сечения балки была близка к нулю. Поперечные швы, создающие угловые изломы балок, также желательно располагать по обе стороны от линии центров тяжести сечений, чтобы сумма угловых поворотов и проги­бов была минимальной. Возможна компенсация прогибов от уса­дочных сил продольных швов за с*іет соответствующего расположе­ния поперечных швов с противоположной сторрны сечения (рис. 36).

В некоторых случаях, когда невозможно заранее точно опреде­лить величину усадки или перемещения свариваемых элементов конструкции и назначить необходимый припуск на усадку, удобно применение нахлесточных соединений. Нахлестка до того, как уложен шов, допускает на стадии сборки и сварки других сварных
соединений большие взаимные перемещения свариваемых элементов без нарушения качества нахлесточного соединения, являясь свое­образным компенсатором.

В тонкостенных конструкциях целесообразно швы располагать в зонах наибольшей жесткости, чтобы уменьшить напряжения сжа­тия в листовых элементах.

Рис. 37. Создание перемещений, про­тивоположных сварочным, при сборке тавра

Рис. 36. Сварная балка с нера­циональным расположением попе­речных швов

На стадии разработки технологии целесообразно назначать размеры и форму заготовок с учетом величины возникающих при сварке усадок. Например, назначение большей длины элемента при значительном количестве поперечных швов, чтобы компенсировать усадку; раскрой стенки тавра с начальной кривизной (рис. 37) для компенсации ожидаемого изгиба.

	1
-——J	■г

Рис. 38. Создание перемещений, противоположных сварочным, путем пред­варительной пластической деформации (а, б, в) или путем соответствующей сборки (г, д)

Ь)

а)

Можно предусматривать создание путем пластической деформа­ции таких перемещений, которые были бы противоположны ожидае­мым сварочным, например раскатка края обечайки (рис. 38, а), выштамповка горловины сферической оболочки перед вваркой шту­цера (рис. 38, б), пластический изгиб листа (рис. 38, в).

При использовании приспособлений необходимо учитывать сле­дующее. Зажимные приспособления позволяют точно фиксировать положение одной детали относительно другой во время сборки, а также в процессе постановки прихваток, не давая элементам взаимно перемещаться. В процессе сварки зажимные приспособле­ния хорошо препятствуют временным перемещениям, не позволяя

свариваемым деталям существенно менять свое положение. Напри­мер, при сварке тонких листов необходимо использовать зажимные приспособления.

Зажимные приспособления практически не уменьшают остаточ­ных деформаций, возникающих на стадии остывания. Остывание сваренных деталей в жестких приспособлениях неоправданно, так как не дает заметного положительного эффекта.

Более существенный эффект снижения остаточных деформаций достигают в тех случаях, когда с помощью приспособлений в свари­ваемых элементах путем растяжения или изгиба создают растяги­вающие напряжения.

Рациональная последовательность сборочно-сварочных операций является в ряде случаев практически основным способом борьбы с остаточными деформациями. Наиболее жесткие ограничения на последовательность сборки и сварки накладывает требование до­ступности швов во время сварки. Однако даже в пределах этого огра­ничения почти всегда существует несколько вариантов расчленения конструкции на узлы и порядка наложения швов. При ]засчлене* нии конструкции на узлы необходимо добиваться двух условий: минимальных остаточных деформаций полностью сваренной кон­струкции; остаточные деформации отдельных подузлов должны допускать сборку их между собой или по крайней мере иметь такую величину и характер, чтобы их можно было устранить прав­кой перед сборкой подузлов в узел.

Если предварительцые расчеты или имеющийся практический опыт показывают, что минимальные деформации будут достигнуты в том случае, если конструкция вначале будет полностью собрана, а затем сварена, то необходимо предусмотреть возможность сварки всех швов путем некоторого изменения первоначальных конструк­тивных решений.

Простейшим примером, где остаточные деформации накладывают определенные требования на последовательность сборки и сварки, является балка на рис. 36. Если вначале сварить двутавр, а затем приварить поперечные ребра, то остаточный прогиб будет значи­тельным. В данном случае сначала необходимо к листу приварить поперечные ребра, произвести правку листа путем изгиба, а затем собрать и сварить двутавр. Если поясной лист небольшой толщины, то правка не обязательна. Лист может быть упруго деформирован во время сборки двутавра с помощью струбцин, стяжек или соот­ветствующих прижимов в приспособлении.

На стадии выполнения сварки.

1. Сборку деталей осуществляют с учетом ожидаемых деформа­ций. На рис. 38, г показаны собранные листы, которые имеют первоначальный угол Р, противоположный ожидаемому от сварки. На рис. 38, д зазор под электрошлаковую сварку переменный, чтобы компенсировать неравномерную по длине шва поперечную усадку.

2. Сварку ведут на более экономных в отношении тепловложе - ния режимах, используя соответствующие сварочные материалы, способы сварки или режимы.

3. Вводят искусственное охлаждение металла в процессе сварки, например водой.

4. Осуществляют проковку непосредственно после сварки, на­пример молотками, или дают ковочное усилие при контактной то­чечной сварке.

После выполнения сварки. Существует ряд эффективных приемов правки, которые используют для устранения возникших остаточных деформаций после сварки.

Механическая правка путем изгиба или растяжения. Этот вид правки в большинстве случаев пре-

&pf йр2Ъб0,2 *) 6) 6) Рис. 39. Изменение эпюры напряжений и ширины зо­ны пластических деформаций 2Ь'п по мере роста рабо­чих напряжений Gp в сварной пластине; орз > арі

дусматривает такое приложение нагрузок, чтобы в зоне остаточных растягивающих напряжений создать дополнительные рабочие на­пряжения растяжения. При достижении суммой напряжений пре­дела текучести начинается пластическая деформация в зоне сварных соединений (рис. 39). Ширина зоны пластических деформаций по мере увеличения нагрузки постепенно увеличивается, например с 2Ьп до 2Ьп. Разгрузка элементов происходит упруго. Устранения деформаций достигают в результате уменьшения остаточной силы.

Вибрация. Наряду с приложением статических нагрузок все большее применение находит вибрация. В основе устранения остаточных деформаций при вибрации лежит тот же самый прин­цип, что и при статических нагрузках — протекание пластических деформаций удлинения металла в зонах сварных соединений. Преимущества вибрации состоят в том, что положительный эффект достигают на более простом оборудовании, а действующие силы ока­зываются меньше, так как текучесть металла при вибрации происхо­дит при более низких напряжениях, чем при статическом нагружении.

Проковка. При проковке удары наносят перпендикулярно поверхности металла. Вследствие пластической деформации проис­
ходит его осадка и удлинение в ітлфскости (рис. 40). Во время правки сварных конструкций удары следует наносить в зонах усадки, именно там, где произошло укорочение металла при сварке. Если пластическая деформация удлинения в плоскости от проковки со­ставит величину, равную пластической деформации укорочения при сварке, сварочные деформации исчезнут. Так как проконтролиро­вать величину возникающей пластической деформации при ручной проковке невозможно, то успешное осуществление правки зависит от опыта правщика. При машинной проковке режим можно регла­ментировать. Проковку в основном следует применять для устране­ния продольной усадки сварных швов. Устранение поперечной усадки требует большой пластической деформации, что сопряжено с чрезмер­ным наклепом металла.

Рис. 40. Осадка металла при проковке и удлинение его в плоскости листа (показано штриховыми линиями)

і

Прокатка сварных сое­динений имеет ряд преимуществ перед проковкой, но уступает ей по ма­невренности. Прокатку в основном при­меняют для устранения деформаций тонкостенных элементов, вызванных про­дольной усадкой дуговых стыковых сварных соединений или нахлесточных, выполненных контактной сваркой. Про­катку осуществляют цилиндрическими роликами с прямолинейной образующей; ширина роликов обычно составляет 8—

20 мм, края роликов закруглены (рис. 41).

Направление прокатки вдоль шва. Первый проход обычно осуществ­ляют по шву, последующие по околошовной зоне. Однако нет никаких ограничений для выполнения проходов в иной последовательности. Прокатке следует подвергать только зону сварочных пластических деформаций 2Ьп, где при сварке возникла усадка. Остальные части листов прокатывать не следует, так как они при сварке не испыты­вали пластических деформаций. Режим прокатки должен быть подобран так, чтобы после прокатки остаточные напряжения были близки к нулю. Это обеспечивают соответствующим выбором дав­ления прокатки по следующей формуле:

P = У*, (60)

где S и d — ширина и диаметр роликов, см;

б — толщина металла в зоне прокатки, см;

arti2 и Е — предел текучести и модуль упругости прокатывае­

мого металла в зоне прокатки, ктс/см2.

При прокатке по нахлестке толщина равна 2 б. В случае невоз­можности прокатать всю околошовную зону из-за ее недоступности

следует повысить давление прокатки в доступных зонах настолько, чтобы остаточные напряжения были уравновешены в пределах зоны

4-3125

--------- 1		п і 1
1 и		----------

н

"'1 -4-

I_ і Рис. 41. Схема прокатки сварных соединений в зоне пластических деформаций 2Ьп

пластических деформаций (рис. 42, а). Например, при сварке гнутых элементов на рис. 42, а зона растягивающих напряжений выходит

гн

"1

I

0

ШШШ1ДД

о)

Рис. 42. Различные схемы прокатки роликами

а — в средней части зоны пластических деформаций создан перекат; б — шов не

прокатан

на наклонные участки, которые недоступны для прокатки. Если пластическую деформацию в шве создавать нежелательно, то прокатывают, при повышенных давлениях околошовную зону (рис. 42, б).

Прокатку можно применять на металлах разнообразной тол­щины, в том числе и на повышенных толщинах (более 10 мм). Следует лишь при этом отношение й/б принимать не менее 15—20. Основ­ные требования к оборудованию для прокатки швов:

давление на ролики должно быть неизменным в процессе про­катки (как например при создании его пневматическим или гидрав­лическим способом); привод движения в случае прокатки дуговых швов, имеющих неровности, должен осуществляться на оба ролика;

оси роликов должны быть параллельны; сами ролики должны иметь достаточную по сравнению с прокатываемым металлом твер­дость.

Термическая правка широко распространена в про­изводстве сварных конструкций. Ее преимущества — простота прие-

I Рис. 43. Расположение зон нагрева при термической правке различных кон­структивных элементов: а — листовых; б, в — балочного типа а) б)

мов, универсальность и маневренность. Недостатком является необ­ходимость опытной отработки приемов правки. Кроме того, имеются некоторые ограничения в ее применении на активных металлах, таких как титановые и алюминиевые сплавы. Термическая правка основана на создании путем нагрева усадки металла в тех зонах, сокращение которых приводит к устранению остаточных деформаций конструкции.

Характерными являются два случая, когда необходимо приме­нять правку:

листовые элементы, потерявшие устойчивость от напряжений сжатия (рис. 43, а);

прочие конструкции, главным образом балочного и рамного типов, в которых после сварки появился изгиб (рис. 43, б)..

Листовые элементы нагревают пятнами или полосами с тем, чтобы устранить имеющийся избыток площади. Чем крупнее пятна нагрева, тем значительнее усадка. Однако при крупных пятнах может возникать дополнительное вспучивание листа, в пределах

зоны нагрева, что резко снижает качество и производительность правки. Для устранения этого нежелательного явления применяют дополнительную проковку нагретого места на гладилке с тем, чтобы осадить лист на плоскость. После остывания лист натягивается на каркасе и избавляется от имевшейся потери устойчивости. Сталь­ные конструкции правят нагревом пламенем, доводя металл в зонах нагрева до температуры 600—800° С. В случае правки конструкций из титановых и алюминиевых сплавов укладывают холостые валики.

Правка балочных элементов может осуществляться при продоль­ном (рис. 43, б) и поперечном расположении зон нагрева (рис. 43, <?). Более производительна правка с поперечным расположением зон. Места нагрева выбирают так, чтобы изгиб, возникающий при правке, был противоположен изгибу, вызванному сваркой.

О результате правки следует судить после полного остывания конструкции. В случае необходимости производят повторную правку.

Отпуск в зажимных приспособлениях. Отпуск деталей в свободном состоянии, не дает исправления дефор­маций, поэтому деталь, подвергаемую правке, закрепляют в спе­циальном приспособлении, придавая ей необходимую форму, и помещают в печь вместе с приспособлением. В результате происходит релаксация напряжений и деталь при освобождении из приспособлен ния не деформируется, а сохраняет ту форму, которую она имела, находясь в печи. Особенно эффективен этот прием правки при слож­ных видах деформаций закручивания и пропеллерности.

Существует ряд приемов, с помощью которых добиваются ста­бильности размеров сварной конструкции во времени. Такими приемами являются: предварительное нагружение, вибрация, от-, пуск. Во всех этих случаях стремятся снизить остаточнеє напря­жения или изменить структурное состояние металла.