Назад: 3.5.1. Влияние на работоспособность

3.5.2. Регулирование теплового воздействия при сварке

В процессе сварки тепло, введенное в сварное соединение, расходуется на расплавление металла и образование соединения; на нагрев участков, расположенных рядом со швом и на нагрев технологической оснастки. Из перечисленных только первая составляющая является необходимой для получения соединения. Нагрев участков, расположенных рядом со швом является неизбежным. Именно доля тепла, введенная в этот участок, определяет величину остаточных деформаций. Тепло, отведенное в технологическую оснастку, уменьшает долю тепла, пошедшего на нагрев околошовной зоны и в этом отношении может рассматриваться как средство уменьшения деформации конструкции при сварке.

Таким образом, для уменьшения сварочных деформаций необходимо стремиться к тому, чтобы уменьшить долю тепла, пошедшего на нагрев околошовной зоны.

Это может быть достигнуто использованием высококонцентрированных источников энергии для сварки, позволяющее перераспределить поступающую энергию в пользу расплавления металла и образования сварного соединения. В порядке уменьшения этой доли различные способы сварки плавлением можно расположить в следующем порядке: газовая сварка; дуговая сварка; сварка электронным лучом; лазерная.

Второй путь – увеличение оттока тепла в технологическую оснастку (рис.3.38), что приводит к уменьшению ширины зоны пластических деформаций. С этой целью сварку рекомендуется вести на подкладках из высокотеплопроводных (например, медных) подкладках. Для увеличения интенсивности отвода тепла рекомендуется подкладки дополнительно охлаждать водой. Для достижения большего эффекта производят охлаждение, не только подкладки, но и прижимов. Этим приемом борьбы с деформациями следует пользоваться с осторожностью, т.к. при этом возрастает скорость охлаждения и увеличивается вероятность появления холодных трещин. Кроме того, если сварка производится во влажной атмосфере (например, вблизи побережья), то возможно появление пористости (особенно при сварке алюминиевых сплавов) из-за конденсации влаги на металле впереди дуги. В качестве средства борьбы с пористостью можно рекомендовать охлаждение оснастки водой, температура которой соответствует температуре окружающей среды.

Рис.3.38. Уменьшение сварочных деформаций за счет отвода тепла в технологическую оснастку

С целью уменьшения остаточных сварочных деформаций, обусловленных продольным укорочением шва и околошовной зоны, можно рекомендовать вместо однопроходной сварки выполнять сварку швов за несколько проходов, уменьшив тем самым величину погонной энергии. При этом следует иметь в виду, что деформации сварных соединений, обусловленные поперечным сокращением при многослойной сварке больше, чем при сварке шва с таким же поперечным сечением за один проход.

Угловые деформации сварных соединений связаны с неравномерным нагревом по толщине. Для их уменьшения применяют сварку с сопутствующим нагревом шва с противоположной стороны дополнительным источником тепла (рис.3.39).

Рис.3.39. Уменьшение угловых деформаций за счет выравнивания градиента температур по толщине сечения сварного соединения

К методам регулирования тепловложения можно отнести "метод теплового домкрата" (рис.3.40).

Рис.3.40. Использование методов регулирования тепловложения для уменьшения остаточных напряжении в сварном соединении

При ремонте трещины на замкнутых конструкциях типа шкивов, зубчатых колес, маховиков из-за реакции окружающих участков детали в сварном шве могут появиться остаточные напряжения в поперечном к шву направлению и вызвать появление трещин. Для уменьшения остаточных напряжений рекомендуется перед сваркой нагреть участки детали, окружающие ремонтируемый участок (рис.3.40,а), обеспечив, тем самым, компенсацию поперечных деформаций, возникающих в зоне ремонта после сварки. Такой прием не только предотвращает появление трещин, но и позволяет сохранить геометрию обода после сварки.

Аналогичные результаты могут быть получены путем нагрева перед сваркой специально установленных распорных элементов (рис.3.40,б).

При ремонте поврежденных участков путем установки заплат для предотвращения образования больших сварочных напряжений появления трещин рекомендуется перед ремонтом нагревать угловые зоны отверстия, в котором располагается заплатка (рис.3.41).

Рис.3.41. 1, 2, 3, 4 – сварные швы, выполняемые обратноступенчатым способом: шов 1 сваривают без подогрева; швы 2 и 3 сваривают с подогревом участков Д2; Д3 до Т = 250 °С; шов 4 сваривают с подогревом участков Б до Т = 250 °С

Компенсацию усадки швов можно осуществить не только за счет нагрева, но также за счет охлаждения некоторых зон конструкции (рис. 3.42).

Рис.3.42. Компенсация поперечной усадки за счет охлаждения привариваемого элемента в жесткий контур

При сварке швов 1 и 2 происходит поперечная усадка, что приводит к растяжению раскосы и изгибу элементов рамы (фермы). Охлаждение раскоса перед сваркой приводит к его укорочению, что позволяет при последующем нагреве его до исходной температуры компенсировать предполагаемые сварочные деформации.

Рассмотренные примеры показывают, что регулирование теплового вложения с целью уменьшение напряжений и деформаций при сварке должно быть направлено на:

· уменьшение доли тепла, идущего на нагрев околошовной зоны;

· уменьшения градиента температур в зоне сварки;

· компенсацию деформаций усадки в зоне шва за счет целенаправленного управления температурными деформациями участков конструкции, окружающих сварное соединение.

Далее: 3.5.3. Компенсация деформаций на стадии сборки