УМЕНЬШЕНИЕ ВРЕДНОГО ВЛИЯНИЯ СВАРКИ

Помимо изменения размеров и формы сварных конструкций процесс сварки может оказывать отрицательное влияние на струк­туру и свойства металла, создавать большие остаточные напряже­ния, что существенным образом влияет йа служебные характери­стики сварных конструкций.

Большинство разрушений в сварных конструкциях возникает от концентраторов напряжений, в особенности от тех, которые распо­ложены в зонах остаточных напряжений растяжения и. при сварке явились причиной протекания значительных пластических деформа­ций. Поэтому основное внимание при конструировании и разработке технологии должно быть обращено на следующее.

Оформление разделок сварных соединений и сопряжений отдель­ных элементов должно быть таким, чтобы снизить до минимума

появление сварочных дефектов — непроваров, подрезов, шлаковых включений, трещин и т. п.

Размещение и выбор типа сварных соединений должно быть таким, чтобы концентраторы напряжений, естественно существую­щие в сварных соединениях, не являлись местом чрезмерного протекания пластических деформаций. Например, нерациональным является применение односторонних многослойных соединений с непроваром в корне шва (см. рис. 28, <3, ё). Использование накла­док для соединения элементов с малым расстоянием А между ними (рис. 28, к) и другие случаи, рассмотренные ранее.

Выбор сварочных материалов приемов и режимов сварки сле­дует производить с позиций исключения появления дефектов сварки, образования чрезмерных объемов металла с остаточными растяги­вающими напряжениями, перегрева и высокой степени закалки, старения металла.

Принятая последовательность сборочно-сварочных операций должна исключать появление в сварной конструкции значительных локальных пластических деформаций по причине затруднения усадки или, наоборот, по причине чрезмерных перемещений из-за отсутствия необходимых закреплений.

Введение необходимых контрольных операций позволяет своев­ременно обнаружить и устранить появившиеся отклонения в каче­стве соединений, технологического процесса и т. д.

Снижение вредного влияния сварки на конструкцию можно до­стигать включением в технологический процесс сборки и сварки различных операций, например подогревов, замедленных охлажде­ний, проковки, промежуточных отпусков и. др.

Подогрев уменьшает скорость охлаждения при сварке. Это в ряде случаев благоприятно сказывается на свойствах металла при структурных превращениях — уменьшается твердость зон тер­мического влияния и склонность их к образованию деформационных и холодных трещин. Подогрев широко используется как техноло­гическое средство при сварке трудносвариваемых сталей.

Предварительное нагружение сварных конструкций сопровождается пластическими деформациями металла в зонах сварных соединений. После разгрузки остаточные напряжения понижаются и при повторных нагрузках теми же уси­лиями пластические деформации вновь. не возникают. Это обстоя­тельство используют для сохранения точности размеров сварных деталей во время эксплуатации. Для этого сварные детали перед механической обработкой нагружают теми же или несколько боль­шими силами, которые действуют в процессе эксплуатации. Такой прием используют, например, при изготовлении станин небольших прессов, балок и других конструкций.

Термомеханический метод снижения оста­точных напряжений. Используется относительно редко
как средство для понижения продольных напряжений в сварных сое­динениях полотнищ. Движущимися горелками или индукторами на некотором расстоянии от шва создаются два пятна нагрева до 150— 200° С, которые перемещаются вдоль шва (рис. 44, а). Расширение

УМЕНЬШЕНИЕ ВРЕДНОГО ВЛИЯНИЯ СВАРКИ

Рис. 44. Схема ведения процесса сни­жения остаточных напряжений термо­механическим методом

|НН|

т

4ЖІ

Ь)

металла в нагретых зонах соз­дает растяжение вдоль шва и сжатие в поперечном направле­нии (рис. 44, б). Такая схема напряжений в сочетании с оста­точными напряжениями растя­жения вызывает в зоне сварного соединения пластические дефор­мации удлинения, что понижает продольные остаточные напря­жения после нагрева и охлаж­дения металла водой.

УМЕНЬШЕНИЕ ВРЕДНОГО ВЛИЯНИЯ СВАРКИ

200 т 600 LjMM

Рис. 45. График для определе­ния необходимости назначения отпуска конструкций с электро- шлаковыми сварными соедине­ниями:

Отпуск сварных конструкций следует назна­чать лишь в тех случаях, когда он является необходимым из усло­вия обеспечения необходимой прочности или на основании требова­ний, связанных с обеспечением необходимой точности. Для краткости назовем их признаками прочности и признаками точности.

Признаки прочности. 1. Механи­ческие свойства металла нуждаются в изменениях, например в смягчении закалочных структур, ускорении рас­пада остаточного аустенита и т. д.

2. Сварное изделие во время пере­возки или эксплуатации охлаждается до температур, при которых возможны хрупкие разрушения металла.

3. Сварная конструкция должна подвергаться отпуску в соответствии с правилами Госгортехнадзора.

6 — толщина металла; L — длина шва

4. При наличии сварных соедине­ний элементов большой толщины в связи с высокими объемными напря­жениями или значительной накоплен­ной энергией. При назначении отпуска для электрошлаковых сое­динений целесообразно пользоваться диаграммой, показанной на рис. 45. Для конструкций с многослойными сварными соедине­ниями, не испытывающими при сварке угловых поворотов, отпуск целесообразно назначать при толщинах швов более 140—150 мм.

5. При сварке и остывании возникли значительные пластические деформации. Точные количественные признаки в отношении этой группы конструкций установить крайне трудно. Здесь приведены
лишь ориентировочные рекомендации. Это соединения с непроваром в корне шва (см. рис. 28, д, ё) и количеством валиков более 4—5, когда элементы при сварке свободно поворачиваются один отно­сительно другого. При полном проваре (см. рис. 28, г), но резких переходах к основному металлу, количество слоев более семи­восьми. При плавном оформлении корня шва, но свободном пово­роте элементов, отпуск целесообразно назначать при толщинах более 40 мм, если количество слоев более 10—12. Отпуск целесооб­разен в случаях, показанных на рис. 28, ж—/с, а также на рис. 27. При сварке кольцевых многослойных швов с полным проваром зна­чительные пластические деформации и растягивающие, напряжения

УМЕНЬШЕНИЕ ВРЕДНОГО ВЛИЯНИЯ СВАРКИ

УМЕНЬШЕНИЕ ВРЕДНОГО ВЛИЯНИЯ СВАРКИ

Рис. 46. Круговые швы в сварных конструкциях

возникают при разделке наружу, если-у-^ 10-f-12 и при разделке

внутрь, если ^p->30-f-35, где Rcp и б — средний радиус и тол­щина обечайки. В круговых швах концентрация пластических деформаций и высокие радиальные растягивающие напряжения возникают по мере уменьшения отношения RIб и роста толщины металла 5 (рис. 46). Окончательные рекомендации для этих случаев. пока не установлены.

6. Отпуску должны подвергаться сварные конструкции, в отно­шении. которых специальными исследованиями или наблюдениями установлена необходимость термообработки по причине появления холодных трещин или коррозионного растрескивания.

Признаки точности. Отпуску подвергают в следующих случаях.

1. Конструкции, которые во время механической обработки изменяют свои размеры. в недопустимых по техническим условиям пределах.

2. Конструкции, испытывающие значительные эксплуатационные нагрузки и приобретающие после нагружений недопустимые оста­точные прогибы или искажения размеров.

3. Конструкции, рассчитываемые на жесткость и относящиеся к точным машинам и механизмам (станки, редукторы и т. п.), кото­
рые в эксплуатации или при вибрации во время транспортировки приобретают недопустимые отклонения размеров.

4. Станины приборов, измерительные устройства, корпусы и детали точных приборов и подобные конструкции, точность которых нарушается вследствие вибрации при транспортировке или распаде неустойчивых структур во времени.

Отпуск изменяет свойства металла сварных конструкций и сни­жает остаточные напряжения.

Отпуск смягчает зоны закалки, ускоряет процессы распада не­устойчивых структур, устраняет наклеп металла, вызванный свароч-

УМЕНЬШЕНИЕ ВРЕДНОГО ВЛИЯНИЯ СВАРКИ

Рис. 47. Семейство кривых простой релаксации стали 20 в состоянии отжига

ными пластическими деформациями, а также существенно улучшает свойства металла и его хладостойкость в зонах деформационного старения при сварке.

Характер снижения остаточных напряжений при отпуске пока­зан на рис. 47. Наибольшее снижение напряжений, как показали многочисленные исследования, достигают на стадии нагрева, а также в первые 1—2 ч выдержки, затем процесс сильно замедляется. При остывании, вследствие роста модуля упругости, напряжения несколько возрастают.

Как установлено специальными исследованиями, скорость подъ­ема температуры во время нагрева в пределах, применяемых на практике режимов, почти не влияет на релаксацию напряжений. Поэтому следует применять форсированные нагревы в пределах, не вызывающих опасности разрушения сварных конструкций в печи на стадии нагрева или чрезмерное их деформирование. Степень снижения напряжений на стадии нагрева зависит от марки мате­
риала и достигнутой температуры. В табл. 3 приведены величины напряжений в конце стадии нагрева для различных сталей.

На стадии выдержки напряжения снижаются крайне медленно. Поэтому выдержка деталей в печах более 3 ч нецелесообразна. Изменение напряжений на стадии выдержки подчиняется следую­щему закону:

ffOB

Of-

(61)

■ЧГ

где а0в — начальное напряжение перед стадией выдержки (конеч­ное на стадии нагрева); t — время выдержки, мин; t0 = 10 мин.

Величина р для разных сталей и температур находится обычно в пределах 0,08—0,18.

Объемные напряжения в массивных деталях снижаются не­сколько меньше, чем одноосные напряжения, но относительная стабилизация их уровня также наступает после 1—2 ч выдержки. Поэтому и для массивных сварных конструкций, после того как достигнуто выравнивание температуры по сечению детали, выдержка может быть ограничена 3 ч.

Скорость охлаждения назначают в зависимости от толщины се­чений элементов. Чем толще сечения, тем медленнее должно прово­диться охлаждение. Более подробные сведения об отпуске сварных конструкций для снижения напряжений можно найти в книге [1].

3. Снижение напряжений при отпуске

Марка

стали

Предшествую­щая термо­обработка

Начальное нап­ряжение о0, рав­ное 0,9 <т0 2, кгс/мм3

Достигнутая температура, Т, °С

Величина наї при темпер

абсолютная

величина,

кгс/мм2

пряжений атуре Т

в процен­тах а<>

550

23,8

57

15Г2СМФ

41,7

600

16,2

39

650

И,1

26

550

10,4

34

15ГН4М

Отжиг

30,6

600

5,2

17

650

3,8

12,5

550

11,9

34

30Х2ГМТ

35

600

8,2

23,5

650

7,0

20

МСтЗ

Нормализация

17,2

500

600

3.7

1.7

22

10

Комментарии закрыты.