Сварка металлоконструкций вызывает температурные и уса­дочные напряжения, способные нарушить не только геометрию изделия, но и геометрию самой технологической оснастки. По­этому сварочная оснастка должна способствовать уменьшению сварочных деформаций, возникающих в металлоконструкциях в процессе сварки.

Способы борьбы со сварочными деформациями без предва­рительной оценки эффективности их применения могут в каж­дых конкретных условиях привести к бесполезной затрате труда и средств на изготовление оснастки, а также к усложнению тех­нологии.

Одним из способов уменьшения сварочных деформации явля­ется отвод теплоты от свариваемого изделия в технологическую оснастку (корпус приспособления, зажимы и опорные элемен­ты). Для обеспечения интенсивного теплоотвода необходимо, чтобы изделие при сварке было в закрепленном состоянии (т. е. чтобы изделие внешней нагрузкой прижималось к недеформи - руемому основанию). В этом случае упругопластическая зона в изделии уменьшается, а следовательно, уменьшаются и оста­точные деформации в нем, причем интенсивный отвод теплоты в технологическую оснастду может быть лишь при плотном, во многих точках, прилегании элементов металлоконструкции к оснастке. Для изделий, в которых сварные швы расположены по линии центров, применение этого способа малоэффективно.

Наряду с технологическими средствами повышения точности сварной конструкции большое значение имеют конструктивные элементы сварных соединений. Поэтому при проектировании металлоконструкций необходимо применять минимальные рас­четные катеты сварных швов. Завышение катета сварного шва при проектировании ведет к дальнейшему его увеличению в производственных условиях, а следовательно, и к увеличению деформации конструкции в целом. Однако, если по расчету ну­жен односторонний шов значительного катета, то следует при­менить двусторонние швы меньшего сечения.

В сварных соединениях, подвергающихся холодной гибке, швы должны располагаться от места перегиба на расстоянии не менее четырехкратной толщины наиболее тонкой детали.

Нахлесточиые соединения, работающие на растяжение-сжа­тие, следует применять для деталей толщиной до 10 мм, так как с увеличением толщины свариваемых деталей увеличивается плечо изгиба.

Длина нахлестки должна составлять l—(3~5)s, где s — тол­щина наиболее тонкой детали.

Процесс изготовления сварных конструкций из конструкцион­ных и некоторых высоколегированных сталей нередко сопровож­дается появлением в околошовной зоне участков с низкой пла­стичностью, ведущей к образованию горячих трещин. Структура шва при этом — мартенсит. Образование горячих трещин вызва­но присутствием в сварном шве серы или же повышенным содер­жанием углерода.

Трещинообразование возможно даже при низком содержании серы и углерода (0,16%), но при высокой концентрации марган­ца. Поэтому в первую очередь нужно оценить склонность стали к самозакаливанию и установить необходимую скорость охлаж­дения. Это достигается либо предварительным подогревом изде­лия, либо, для улучшения теплоотвода, установкой массивных медных подкладок. Подкладка должна иметь канавку для фор­мирования шва с внутренней стороны изделия.

Отсутствие канавок в подкладке ведет к растеканию метал-

да с внутренней стороны изделия и к концентрации напряжений в сварном шве.

При сварке серномарганцовистых сталей, склонных к образо­ванию трещин, и при предъявлении к свариваемой конструкции требований в части повышенных прочностных характеристик ох­лаждение водой медных подкладок недопустимо.

Необходимость подогрева стали можно определить эквивален­том углерода Сэ - При оценке свариваемости стали эквивалент углерода достаточно точно определяется по формуле, рекомен­дуемой СЭВом:

где s — толщина свариваемых встык деталей, мм.

Если C0s^O,7~O,8%, то можно вести сварку без подогрева; если Сй^0,7-^0,8%, то необходим подогрев.

В отличие от других эмпирических формул для определения Св эта формула учитывает влияние толщины металла на его свариваемость. Для отдельных сварных конструкций может быть использована сталь с содержанием С^0,22% и с Сэ^0,50.

Эффективным средством предотвращения резкой подкалки сколошовной зоны может быть применение многослойной свар­ки короткими участками. Эта сварка обеспечивает такую темпе­ратуру, при которой даже в случае закалки околошовной зоны не образуются трещины.

К мерам борьбы по уменьшению внутренних напряжений в сварных швах следует отнести:

1) послойную проковку швов пневматическим зубилом с за­кругленной кромкой; такая проковка рекомендуется при много­слойной сварке; во избежание трещин и надрывов первый и по­следний слои не проковывают;

2) термическую обработку после сварки для снятия внутрен­них напряжений; в основном это низкотемпературный отпуск при 600—650° С и выдержка при этой температу ре из расчета 2—3 мин на 1 мм толщины металла и медленное охлаждение вместе с печью;

3) правку сварных конструкций (механическую и термиче­скую); термическая правка состоит в быстром нагреве поверх­ности металла с последующим охлаждением; местный нагрев применяют для исправления выпучин, возникших в процессе сварки; правку можно осуществлять и холостыми швами;

4) вырезку криволинейных заготовок;

5) предварительную прокатку (удлинение). Если после при­хватки продольных ребер жесткости к металлоконструкции про­извести прокатку мест сварки при давлении 400 кге на 1 мм толщины, то после сварки правка не требуется.

Наряду с описанными способами, для уменьшения деформа­ций применяют обратные деформации (обратный выгиб) свари - 16
тісмого изделия. Обратные деформации создают искусственным путем, т. е. перед сваркой изделие деформируют (выгибают) в направлении, противоположном направлению деформации при сварке.

При проектировании элементов сборочно-сварочной оснаст­ки величину обратной деформации принимают равной половине величины деформаций, возникших при сварке изделия в сво­бодном (незакрепленном) состоянии.

Угловые деформации устраняют либо наклонным расположе­нием свариваемых листов, либо отгибом кромок.

Существенное влияние на величину сварочных деформаций оказывает процесс сборки изделия. Принудительная подгонка деталей при сборке недопустима. Начальные напряжения в со­бранных деталях, вызываемые принудительной подгонкой нх при сборке, снижают эффективность средств борьбы с деформациями.

Сварка кольцевых швов на трубопроводах сопровождается возникновением упругопластических деформаций в зоне сварного шва, что неблагоприятно отражается на протекании сварочного процесса. Поэтому для поджатия изделий в станке (кантователе) нельзя применять обычные жесткие вращающиеся центра. Под­жимные вращающиеся центра для сварочных работ должны иметь плавающее (упругое) исполнение с регулируемым усилием поджима. Конструкция этих центров не препятствует свободной деформации изделий при их нагреве и охлаждении, обеспечивая падежное их закрепление, и снижает остаточные упругопласти - чеекпе деформации в зоне нагрева. Такими свойствами облада­ет, например, поджимной вращающийся центр конструкции В. F Ремизова [6].

Внутренний стакан 1 (рис. 3), на который опирается пружи­на 4, надевается на конусную поверхность 2 вала. На наружной поверхности стакана есть протарированная (в кге) шкала 3 передачи пружине требуемого усилия поджатия. Пружина 4 при необходимости может быть заменена на пружину с другой харак­теристикой жесткости. Применение центров данной конструкции при сварке кольцевых швов на сосудах, работающих под давле­нием, позволило повысить качество свариваемых изделий.

Установлено, что даже незначительнее отклонение от геомет­рии стыкуемых кромок при сварке оболочек вызывает заметное снижение прочности. Иногда для одинаковых сварных швов в оболочках из различных материалов требуются совершенно раз­личные способы устранения деформаций и перемещений. Напри­мер, при сварке на подкладном кольце круговых швов сфериче­ских тонких оболочек может произойти либо сокращение длины зоны сварного шва — для стальных и титановых оболочек, либо удлинение этой зоны — для оболочек из алюминиевых сплавов.

Некоторое снижение деформаций происходит при сварке с наружными бандажами, которые оказывают удерживающее ме­ханическое воздействие на кромки, ,а также способствуют тепло­

отводу от мест сварки. Необходимость иметь доступ к сварным швам вынуждает располагать бандажи (наружные) на расстоя­нии не менее 30 мм от кромок, в результате чего частично пре­дотвращается перемещение кромок.

Эффективным способом предотвращения перемещений при сварке кольцевых швов является прижим кромок к подкладному кольцу роликом, перекатывающимся по поверхности стыка перед

сварочной дугой. Такое приспособление было разработано» МВТУ им. Н. Э. Баумана и опробовано при сварке обечаек диа­метром 200 мм и толщиной стенки 2,5; 4 и 6 мм.

Прижим осуществляется двойным роликом диаметром 30 мм с точкой прижима на расстоянии 30—35 мм от электрода. Дав­ление на ролик создается пружинным механизмом, установлен­ным на консольном автомате АОК-2. Приспособление устанав­ливают вдоль консоли автомата, нагрузка передается только по плоскости ее продольной оси.

Сварка обечайки толщиной 4 мм и давлением на прижим­ном ролике 180 кге показала, что кромки обечайки были на­дежно прижаты перед сварочной головкой к подкладному кольцу. Применение прижимного приспособления позволила исключить из технологического процесса правку ударом и про­извести сварку в один проход.

Усилие прижатия кромок определяется по формуле

8c,i3/t

0,149'f23i/?2 ’

где сиз — жесткость на изгиб; сиэ

ругости свариваемого металла; р — коэффициент Пуассона; Ф — угол сектора, внутри которого происходит подъем кромок

над поверхностью оболочки (для сплава АМгб и толщин сва­риваемого материала 2,5—6 мм ср~7°); R — радиус оболочки, h — свободное радиальное перемещение кромки при сварке без прихватки; h находится в прямой зависимости от отношения f~R

■ • —, где s—толщина оболочки, т. е. с увеличением толщины оболочек уменьшается и величина остаточного радиального перемещения.

h, ми............................................ 4.4; 4; 3,6; 3.25; 2.9; 2.25; 1,6.

s, мм............................................ 2.5; 3,3; 4; 5; 6; 10; 20