Многие начинающие и даже опытные сварщики часто сталкиваются с проблемой деформации сварных соединений (искривлений рабочей поверхности из-за теплового воздействия дуги). Деформации могут приводить ко многим неприятностям, самая опасная из которых — это риск получить  конструктивно ненадежные соединения. Этот материал поможет понять, что представляют собой деформации, как они происходят, какое влияние оказывают на соединение и как их контролировать.

 

Также рекомендуем изучить отличное видео про деформации при сварке:

 

Деформация сварного соединения происходит из-за расширения и сужения наплавленного металла во время нагревания и остывания в ходе сварки. Если проводить сварку только с одной стороны детали, то это приведет к большему уровню деформаций, чем при чередовании обеих сторон. Во время цикла нагревания и охлаждения на сужение и деформацию металла влияет множество факторов, в частности, изменение физических и механических свойств металла по мере поступления тепла. Например, по мере роста температуры в зоне сварки предел прочности, эластичность и теплопроводимость стали падают, а тепловое расширение и удельная теплоемкость возрастают. Эти изменения, влияют на теплоотдачу и однородность распределения тепла.

 

Источники сварочных напряжений

Источниками напряжений являются неравномерный нагрев металла вблизи зон
сварки, литейная усадка, структурные изменения (мартенситное превращение).
Сварочные напряжения вызывают:

  • искажение формы детали после механической обработки;
  • потерю устойчивости конструкции;
  • снижение сопротивляемости конструкции хрупким разрушениям, усталости;
  • снижение хладостойкости;
  • ускорение коррозионного разрушения;
  • «холодные» и «горячие» трещины в сварных соединениях

 

Мероприятия, снижающие сварочные напряжения и деформации для их предотвращения

  • При проектировании сварной конструкции следует стремиться к использованию обоснованных сечений швов и наименьшей их протяженности, предусматривать припуски на усадку отдельных элементов конструкций.
  • Расположение сварных швов должно быть симметричным относительно главных осей как отдельных элементов, так и всей конструкции в целом.
  • Не следует допускать пересечения в одной точке более трех швов.
  • Собранная конструкция перед сваркой должна быть проверена в отношении правильности ее размеров и величины зазоров в стыке.
  • Для уменьшения остаточной деформации перед сваркой конструкции или элемента в сварном соединении создавать искусственную деформацию, обратную по знаку ожидаемой от сварки.
  • По возможности сварку узлов осуществлять в приспособлениях.
  • Применять местный или общий подогрев конструкции для наведения в сварном соединении деформаций обратного знака по отношению к усадке.
  • Уменьшать зону разогрева путем применения теплоотводящих подкладок, либо повышения скорости сварки, либо использования охлаждающих смесей.
  • Порядок наложения швов в конструкции должен быть таким, чтобы последующий шов мог вызвать обратные деформации по отношению к деформациям предыдущего шва (обратно-ступенчатый способ наложения шва, сварка от середины шва в оба конца).
  • Для создания в сварном соединении напряжения сжатия применять проковку,  чеканку, обкатку роликами шва и околошовной зоны.
  • Использовать отпуск для снятия внутренних напряжений (650…680 градусов)

 

Исправление деформаций при сварке

Для исправления деформаций нужно обратить внимание на их тип:

  1. волнистость и саблевидность листов;
  2. коробоватость листов;
  3. хлопуны и выпучивание листов и стенок балок;
  4. перелом в стыке сварного соединения;
  5. грибовидность полок тавровых соединений;
  6. ромбовидность и винтообразность коробчатых элементов;
  7. продольный и поперечный выгиб элементов изделия.

Исправление элементов осуществляют термическим или термомеханическим способом.

Термомеханическую правку выполняют местным нагревом деформированного участка с одновременным механическим воздействием. Нагрев осуществляется ацетилено-кислородным пламенем. Запрещается правка элемента путем наплавки дуговой сваркой, графитовыми электродами, плазменными горелками.

Температура местного нагрева металла ~ 700 градусов. Допускается температура нагрева до 900 градусов. Термически упрочненные стали во избежание разупрочнения нагревают до температуры ниже 700 градусов.
При термической и термомеханической правке допускается применять проколачивание нагретого металла кувалдой через гладилку, при этом температура нагретого металла должна быть более 7000 С. Температуру нагреваемой поверхности контролируют по цвету термокарандашами или приборами с переносной контактной термопарой типа ТПР-14 (0…500 С).

Не допускается правка углеродистых и низколегированных сталей при температуре воздуха ниже -15 С, а термически упрочненных сталей – при температуре ниже нуля. Запрещается охлаждать нагретый металл водой. Допускается повторный нагрев одних и тех же участков после полного остывания не более трех раз.
Правка волнистости осуществляется путем нагрева полосами по гребню волны.

Минимальная ширина зоны нагрева полосы не менее трех толщин листа. Правка саблевидности выполняется за счет нагрева «клиньев» со стороны выпуклой кромки. Высота клина h равна 2/3 ширины листа.