В процессе изготовления сварных конструкций в них возникают сварочные напряжения и деформации. Поэтому для устранения деформаций после сварки и снижения остаточных напряжений конструкции подвергаются дополнительной правке, прокатке, термической и вибрационной обработке. Кроме того, в ряде случаев требуется зачистка сварных швов.
Устранение деформаций после сварки
Широко применяемая для устранения деформаций термическая правка - это концентрированный и быстрый нагрев небольших участков конструкции с целью создания в них пластических деформаций сжатия. Быстро нагретый участок, когда вокруг него металл остаётся сравнительно холодным, стремится расшириться во все стороны и из-за соцротивления расширению со стороны окружающего его холодного металла получает пластические деформации укорочения. В результате площадь прогретого участка после охлаждения уменьшается. Термическую правку примешают в основном для устранения деформаций коробления листовых конструкций и ликвидации изгиба балочных конструкций.
На рис. 4.26 изображена искривлённая балка таврового сечения, и тёмными пятнами показаны возможные формы и рас» положение прогретых участков для выправления балки.
Рис. 4.26. Места прогрева (темные) сварной балки для её выправления
Для механической правки в холодном состоянии крупногабаритных сварных узлов применяют гидравлические правильные прессы и специализированные правильные машины. Так. грибовидность сварных двутавровых балок - деформацию полок, образующуюся вследствие усадки сварных швов, выправляют на специализированной машине по схеме, приведенной на рис. 4.27, а. Ролики 1 и 3 служат для подачи балки в процессе правки, нажимной ролик 2 совершает возвратно-поступательное движение, передаваемое ему от электродвигателя через червячный редуктор и зубчатую передачу.
Сварные цилиндрические оболочки правят на трёх- и четырёх-валковых листогибочных машинах (рис. 4.27, б).
Термомеханическая правка заключается в сочетании местного нагрева с приложением статической нагрузки, изгибающей исправляемый элемент конструкции в нужном направлении. Эта нагрузка может создаваться домкратами, прессами или другими устройствами. Применение дополнительного нагрева способствует снижению усилий, необходимых для устранения деформаций. Такой способ правки обычно применяют для жёстких сварных узлов.
Для исправления сварочных деформаций и пластического деформирования усиления сварных швов с целью улучшения свойств сварных соединений тонкостенных сосудов применяют специализированные станки для прокатки и проковки швов. Прокатка осуществляется роликами, а проковка - высокоскоростным ударным пневматическим устройством. При прокатке и проковке металл осаживается по толщине, в результате чего происходит его раздача в продольном и поперечном направлениях. Это приводит к небольшому уст» ранению поперечной усадки и существенному или полном устранению продольных деформаций укорочения зоны сварки.
В некоторых случаях, особенно если изделие сварено из высокопрочного материала, избавиться от деформаций очень трудно. Единственно эффективным способом борьбы с деформациями может стать отжиг конструкции в зажимном приспособлении (термофиксация). Приспособление изготавливается очень жёстким, а сварная конструкция зажимается таким образом, чтобы за счёт упругого деформирования ликвидировалась остаточная деформация или появилась деформация обратного знака, например обратный выгиб. В результате, когда конструкция вместе с зажимным приспособлением, обладающим большей жёсткостью, чем конструкция, нагревается в печи, упругая деформация переходит в пластическую, и после отпуска проектная форма восстанавливается. Попытки исправить конструкции из высокопрочных материалов вручную или под прессом часто приводят к её разрушению.
Снижение остаточных напряжений
Наибольшее применение в промышленности нашёл способ снижения остаточных напряжений в процессе отпуска (отжига) сварных конструкций без зажимных приспособлений. Кроме снижения напряжений отпуск способствует выравниванию структуры металла в различных зонах сварного соединения и восстановлению пластических свойств. Отпуск целесообразен, когда изготовление сварной конструкции связано с последующей обработкой резанием, повышенными требованиями к точности, стабильности формы и геометрических размеров при эксплуатационных нагружениях, а также в тех случаях, когда необходимо повысить сопротивляемость хрупким разрушениям при низких температурах. Бывают случаи, когда отпуск нецелесообразен. Прежде всего это относится к конструкциям, изготовленным из разнородных материалов, когда в результате отпуска снижения остаточных напряжений не происходит. Неэффективен отпуск и в тех случаях, когда жёсткость частей конструкции сильно отличается.
Различают отпуск высокий, средний и низкий. Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей этому соответствуют три диапазона температур: 550-680, 350-500 и 250-300 °С.
Кривая изменения температуры в процессе отпуска изображена на рис. 4.28. В начальный момент идёт быстрое повышение температуры, затем следует стадия выдержки и последний этап - охлаждение. Пунктирной линией на температурной кривой изображена стадия выравнивания температуры по толщине металла. На температурный график наложена кривая снижения остаточных напряжений. Как видно на рисунке, на стадии нагрева остаточные напряжения в конструкции снижаются очень быстро, на стадии выдержки при постоянной температуре это снижение резко замедляется и, наконец, на стадии охлаждения происходит некоторое возрастание остаточных напряжений.
Рис. 4.28. Влияние температуры (T) и длительности отпуска (т) на изменение остаточных напряжений (а)
Рис. 4.29. Общий вид установки для локальной термообработки труб:
а - источник питания и аппаратура для управления; б - муфты для отжига; в - последовательность операций работы на установке
В связи с тем, что отпуск требует больших затрат тепловой энергии, экономически целесообразно, чтобы время выдержки не было слишком большим (как правило, не более 3 ч).
Для отжига сварных изделий применяют электрические камерные печи или нагревательные устройства. В первом случае изделие полностью помещается в печь, а во втором - нагрев осуществляется локально.
Эффективным и недорогим является вибрационный метод снижения остаточных напряжений. Виброобработке подвергают металлоконструкции из углеродистых сталей, чугунов, алюминиевых и титановых сплавов. Сущность метода заключается в том, что металлоконструкция 1 (рис. 4.30) установлена на виброизолирующих опорах 2. К ней прикреплен струбцинами или болтами вибровозбудитель 3 с регулируемой частотой колебаний. На пульте управления виброустановки 4 расположены приборы, регистрирующие частоту и амплитуду колебаний с помощью датчика 5, прикрепленного к сварной конструкции. При плавном изменении частоты колебаний от минимальной до максимальной регистрируют резонансные частоты системы «сварная конструкция - вибровозбудитель». Затем производят виброобработку на выбранных резонансных частотах.
Основные параметры вибрационной обработки - амплитуда и время (длительность) вибронагружения. Чем выше амплитуда переменных напряжений, тем интенсивнее происходит релаксация остаточных напряжений. Резонансными обычно бывают частоты в диапазоне 10-120 Гц, а длительность обработки, необходимая для снятия напряжений, составляет несколько минут.
Зачистка сварных швов от шлака, грата и окалины, снятие усиления швов, удаление наплывов производятся механизированнно-ручными электрическими и пневматическими машинками, которые подразделяются по назначению на шлифовальные зачистные, фрезерные и рубильные.
Рис. 4.30. Схема вибрационной обработки сварных конструкций
Источник: В.А. Фролов, В.В. Пешков, А.Б. Коломенский, В.А. Казаков. "Сварка. Введение в специальность". - М.: 2004
Twitter
Вконтакте
Livejournal
Facebook
Мой Мир
Google Buzz
Gmail