Термическая обработка

Для снижения остаточных сварочных напряжений применяют отпуск сварных конструкций. Применение отпуска целесообразно, если предъяв­ляются повышенные требования к прочности сварной конструкции и точ­ности ее размеров при последующей эксплуатации. Кроме того, иногда це­лесообразно восстановить пластические свойства металла в зонах, где концентрировались пластические деформации при сварке, а также повы­сить сопротивляемость хрупким разрушениям. В остальных случаях при­менение отпуска не рекомендуется из-за удорожания стоимости производ­ства конструкции.

Различают общий отпуск, когда равномерно нагревается все изде­лие, и местный - нагревают лишь часть конструкции в зоне сварного
соединения. При применении общего отпуска на этапах нагрева и вы­держки образуются необратимые пластические деформации растяже­ния и деформации ползучести, что и приводит к снижению напряже­ний. Температуры отпуска [°С], обеспечивающие снижение остаточных напряжений до уровня (0,05...0,2)о, для различных сплавов находят­ся в следующих пределах:

конструкционные стали аустенитные стали алюминиевые сплавы титановые сплавы

При применении местного отпуска, т. е. нагрева отдельных участков сварного соединения по необходимому ТЦ (газовое пламя, электрическая дуга, инфракрасные излучатели и др.), образуются необратимые пласти­ческие деформации растяжения в приповерхностных слоях сварного со­единения, приводящие к перераспределению остаточных сварочных на­пряжений и снижению их уровня.

Механические способы

С целью компенсации пластических деформаций укорочения, обус­ловленных сваркой, создают в сварном соединении пластические дефор­мации удлинения. Это достигается осаживанием металла по толщине для его удлинения в плоскости сварного соединения. При этом не стремятся к тому, чтобы обеспечить равномерное уменьшение пластических дефор­маций и, соответственно, остаточных напряжений в зоне сварного соеди­нения. Преследуется только одна цель - уменьшение величин объемов укорочения. Обычно применяют следующие способы.

Проковка - применяется как в процессе сварки по остывающему металлу, так и после полного охлаждения сварного соединения. Про­ковкой осаживают металл по толщине, создавая пластические дефор­мации удлинения в плоскости, перпендикулярной направлению удара. Этим достигают уменьшения растягивающих или даже появления сжи­мающих напряжений. Проковка ведется механизированным инструмен­том с малыми (до 6...7 м/с), средними (до 100 м/с) и высокими (более 100 м/с) скоростями движения бойка. Проковка маневренна, в этом ее преимущество перед другими методами. Следует опасаться снижения пластичности металла вследствие ее исчерпывания при проковке.

Импульсная обработка взрывом - применяется как средство повыше­ния выносливости сварных соединений при переменных нагрузках. При такой обработке происходит перераспределение остаточных сварочных напряжений. Для ее осуществления используют заряды ленточного типа, которые укладывают на обрабатываемые поверхности.

-у

Прокатка зоны сварного соединения - используется, главным образом, для уменьшения остаточных напряжений и для заглаживания швов. В местах прокатки растягивающие напряжения уменьшаются и могут стать даже сжимающими. Прокатка производится стальными ролика­ми шириной 5,0..Л5,0 мм. Не рекомендуется применять прокатку для конструкций из малопластичных материалов. При наличии коррози­онной среды требуется проверка влияния прокатки на коррозионную стойкость сварных соединений.

Возможен и другой путь создания в сварном соединении пласти­ческих деформаций удлинения, заключающийся в растяжении сварно­го соединения в пределах всей конструкции за счет образования новых пластических деформаций удлинения. Это достигается нагружением уже готовой сварной конструкции - либо растяжением, либо (чаще) изгибом. Более подробно взаимодействие внешних усилий с полем ос­таточных сварочных напряжений на всех этапах нагружения сварного соединения будет рассмотрено в следующем разделе.

Когда готовое судно еще находится на построечном месте (на на­клонном стапеле), в металле его корпуса уровень и распределение оста­точных напряжений, обусловленных сборочно-сварочными работами, наиболее опасны. Спуск судна - это первое наиболее опасное испыта­ние в его жизни. Можно утверждать, что при благополучном спуске, т. е. после первого серьезного нагружения (нагружения изгибом), суд­но становится как бы «моложе».

Также следует отметить очень перспективный метод уменьшения остаточных сварочных напряжений - механическую вибрацию. Сущ­ность метода - воздействие на сварную конструкцию переменной на­грузкой, создаваемой с помощью вибратора на частоте, близкой к резо­нансной. Основные преимущества метода вибрации - универсальность и простота оборудования, высокая скорость снятия напряжений. Он особенно эффективен, когда не может быть использована термообра­ботка, например в случае сварных соединений из разнородных метал­лов.