На стадии разработки технологии сварки и при сварке

На стадии разработки проекта нужно принимать такие конструктивные решения, которые позволили бы в дальнейшем технологу (при разработке технологии сборки и сварки) избежать значительных искажений формы сварной конструкции.

1. Назначают минимальную протяженность и минимальный катет сварных швов. Это уменьшит тепловложение в изделие, и, следовательно, его деформации. Усадочная сила и поперечная усадка обратно пропорциональны квадрату катета шва.

2. Используют способы сварки с минимальным тепловложением, например, контактную вместо дуговой. При назначении способа сварки следует иметь ввиду допустимые скорости охлаждения металла и не превышать их.

3. Балочные конструкции проектируют с таким поперечным сечением и расположением швов, чтобы моменты, создаваемые усадочными силами, были уравновешены, а углы излома от поперечных швов компенсировали прогибы. Это обеспечивает минимальный изгиб балок.

4. Оптимизируют последовательность сборочно-сварочных операций. Например, сборку сложной конструкции целесообразно вести на прихватках, а затем выполнять сварку от наиболее жесткого элемента. Последовательное наращивание элементов в сложных конструкциях дает большие искажения размеров, чем сборка всей конструкции на прихватках, а затем сварка.

Несколько примеров рациональной последовательности выполнения сварки приведено на рис. 4.1. Стрелками на рисунках изображены направления провара отдельных участков сварного шва, а цифрами - последовательность укладки швов на участках.

5. В тонколистовых конструкциях для предотвращения потери устойчивости следует располагать швы на жестких элементах или вблизи их. Хороший эффект дает замена стыкового соединения на соединение с отбортовкой кромок. Применение гофрированных листов вместо гладких (надстройки судов, боковины вагонов) позволяет полностью исключить необходимость правки готовой конструкции.

6. В некоторых случаях целесообразно обеспечить свободное сокращение элементов от усадки, чтобы не вызвать искажение конструкции в целом. Например, нахлесточное еще не сваренное соединение позволяет смещаться листам, не передавая остальной части конструкции усадку. Стыковое соединение листов выполняется до прикрепления их к другим частям конструкции.

7. Во всех случаях, когда есть опасение, что возникнут нежелательные искажения размеров и формы конструкции, проектирование ведут так, чтобы обеспечить возможность последующей правки.

Рис. 4.1

8. Разрабатывают и применяют соответствующую оснастку и приспособления для сборки и закрепления свариваемых элементов. Они особенно эффективны для ликвидации временных перемещений, которые значительны по величине, но не сопровождаются большими усадочными силами. Например, для прижатия тонких листов при сварке стыковых соединений, для закрепления ребер и диафрагм при выполнении угловых швов, для удержания листа в плоскости при контактной точечной или шовной сварке, для фиксации элементов рамы при сварке ее в углах и пересечениях. Остаточные деформации от применения приспособлений уменьшаются ненамного.

Рис. 4.2

Даже весьма высокая жесткость приспособления в этом случае лишь незначительно уменьшит угловую деформацию изделия после сварки, а разумно подобранный предварительный излом обеспечит нахождение двух сваренных листов в одной плоскости. Другим примером (рис. 4.2, б) может быть сборка в приспособлении с переменным зазором по длине для компенсации угловых перемещений в плоскости листов большой толщины при электрошлаковой сварке (компенсация сближения свариваемых листов за счет переменного по длине стыка).

При сварке изделий из жестких элементов, предварительно собранных на прихватках, применять зажимные приспособления нецелесообразно.

9.

Рис. 4.3

Перед сваркой встык цилиндрических обечаек можно производить пластическую раскатку краев (рис. 4.3, б), пластический изгиб балки перед сваркой и тому подобное. В некоторых случаях осуществляется упругое деформирование элементов, в частности, пояса тавровой балки перед сборкой его со стенкой, имеющей кривизну, равную кривизне от сварки, но с обратным знаком (рис. 4.3, в).

В рассмотренных случаях предварительную деформацию устанавливают примерно равной деформации от сварки, но противоположного знака. Величину досварочного деформирования устанавливают расчетом или определяют экспериментально.

Необходимо отметить, что упругое деформирование перед сваркой с помощью каких-либо устройств изделий, изображенных на рис. 4.3, а и 4.3, б и им подобных, малоэффективно.

10. Иногда при изготовлении двутавровых балок, тонколистовых конструкций, тонкостенных оболочек применяют способ предварительного растяжения зоны сварного соединения. Напряжения растяжения при этом создаются в направлении продольной оси стыковых и тавровых соединений, напряженное состояние сохраняется в процессе сварки с помощью приспособлений. При сварке по металлу с растягивающими напряжениями уменьшается как ширина зоны, так и величина пластических деформаций укорочения на стадии нагрева. Это приводит к уменьшению усадочной силы и остаточных сварочных деформаций.

Рис. 4.4

Расстояние от оси шва до начала теплоотводящей зоны не должно превышать 20 - 50 мм (в зависимости от толщины металла). Теплоотводящий хладагент непосредственно касается охлаждаемой поверхности металла. Такой прием наиболее эффективен при сварке тонколистовых конструкций из мартенситных сталей. К сожалению, износ материалов, обеспечивающих герметичность по линии раздела прижимной шины и свариваемого листа, происходит весьма интенсивно.

К методам регулирования теплового воздействия относится и сопутствующий подогрев. По своей сущности сопутствующий подогрев противоположен искусственному охлаждению, но по качественным результатам он имеет одинаковую направленность, то есть уменьшает деформации сварных конструкций. Сопутствующий сварке подогрев удобно использовать при соединении листовых элементов. Эффект достигается в результате сложения тепловых полей сварочного источника тепла и двух подогревающих источников за счет уменьшения неравномерности нагрева места сварки. В качестве подогревающих источников тепла обычно используются две газовые горелки, которые располагаются слева и справа от сварочного источника и перемещаются вместе с ним со скоростью сварки. В некоторых случаях с помощью этого способа удается практически полностью избежать остаточных деформаций и примерно на 80 % снизить остаточные напряжения.