Какие сварочные деформации называют остаточными


ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ В ПРОЦЕССЕ СВАРКИ

СВАРОЧНЫЕ РАБОТЫ

Термические воздействия, которым подвергаются сва­риваемые соединения, приводят к образованию напря­жений в узлах кристаллической решетки и даже к опреде­ленным деформациям. Напряжения и деформации могут быть как собственными, существующими в кристалли­ческой решетке без приложения внешних сил, так и вне­шними, возникающими под действием приложенных на­грузок.

Собственные напряжения и деформаций могут быть временными, то есть существовать только в процессе терми­ческого воздействия, и остаточными, устойчиво сохраня­ющимися после прекращения сварки. Если деформация после прекращения сварки исчезает, то ее называют упру­гой. Деформация, полностью или частично оставшаяся после прекращения приложения сил, называется плас­тической. Некоторые виды сварочных деформаций при­ведены на рис. 4. Если деформации меняют размеры изделия или искажают его геометрию, то их называют об­щими. Общие деформации обычно проявляются в неболь­ших по размерам деталях, когда термическое воздействие охватывает значительную часть их объема. В крупногаба­ритных деталях, когда термическое влияние сварочного процесса распространяется на относительно небольшие зоны, могут возникать местные деформации, проявляющи­еся в виде выпучин, хлопунов и других местных искаже­ний.

Различают деформации в плоскости, когда размеры детали меняются и вне плоскости и проявляются в виде серповидиости, грибовидности и т. д.

Рис. 4. Сварочные деформации:

А — деформация пластины; Б — деформация углового соединения; В — деформация стыкового соединения

Причинами образования собственных напряжений и деформаций сварных соединений является неравномер­ное распределение температурных воздействий и охлаж­дения. Кроме того, деформации могут вызываться меха­ническим вмешательством в процессе правки сварных узлов, сборки и монтажа конструкций.

Механизм возникновения деформаций в сварочном шве рассмотрим на примере стержня, подвергающегося термическому воздействию (рис. 5). Если такой стержень А жестко закрепить с одной стороны и подвергнуть тер­мическому воздействию, то его линейный размер увели­чится на некоторую длину Д L, величина которой зависит от коэффициента линейного расширения и температуры нагрева. После прекращения термического влияния стер­жень охладится, и его длина вернется к исходному значе­нию, поскольку этому ничто не препятствует. Если же на пути удлинения стержня Б установить жесткую преграду (например, стену), то при нагреве стержень начнет удли­няться и давить с одинаковой силой на преграды, распо­ложенные с его обоих концов. Так как по законам физики всякому действию соответствует равное ему и противо­положно направленное противодействие, то преграды начнут давить на стержень с обоих концов, сжимая его к центру. По мере роста температуры силы, действующие на стержень, возрастают, вызывая напряжения в крис-

Рис. 5. Деформации при различных условиях закрепления при нагреве:

/ — сжатие; 2— сжатие; 3— растяжение

таллической решетке металла. При небольшом удлинении М стержня в кристаллической решетке металла возника­ют упругие напряжения, и после прекращения термичес­кого воздействия стержень охладится без остаточных на­пряжений и деформаций.

Если же удлинение стержня превысит критическое значение, при котором силы сжатия вызовут пластичес­кую деформацию в кристаллической решетке металла, то после остывания длина стержня В станет меньше перво­начального значения. Это значит, что в стержне прояви­лась остаточная деформация, вызванная сжатием крис­таллической решетки.

Если же стержень /'жестко закрепить с обоих концов, то при незначительном нагреве (для стали это температу­ра ІОО'С), будет проявляться только упругая деформация, не вызывая остаточных явлений. При высоких температу­рах стержень расширяется настолько, что силы, действу­ющие вдоль оси и направленные к центру, вызовут изме­нение его длины. Но так как препятствия, расположен­ные с обоих концов стержня, не позволяют ему увеличить свою длину, то возникнут изменения в кристаллической решетке. При охлаждении стержня до нормальной темпе-

ратуры происходит обратный процесс. Жесткое закрепле­ние обоих концов будет препятствовать нормализации кристаллической решетки металла и появятся остаточные напряжения (стержень Л).

Этим примером полностью объясняется механизм воз­никновения напряжений и деформаций в сварочном шве, так как его можно представить как нагревающийся стер­жень, закрепленный с обоих концов холодным металлом.

Остаточные сварочные деформации изменяют геомет­рию деталей, что сказывается на их качестве.

Снижение сварочных напряжений и деформаций вы­полняют несколькими методами. Различают термические, механические и термомеханические методы снижения сварочных деформаций;

К термическим методам относят отпуск после сварки и предварительный нагрев во время сварки.

Подогрев металла перед сваркой (или в процессе свар­ки) снижает предел его текучести, тем самым уменьшает величину остаточных напряжений и деформаций. И хотя' этот метод не полностью исключает появление свароч­ных деформаций, при достаточно сильном нагреве (250°С и более) можно добиться положения, когда их величина будет находиться в допустимых пределах.

Отпуск металла после сварки более эффективен и по­зволяет снизить величину остаточных напряжений и де­формаций на 85—90%. Кроме того, отпуск способствует улучшению пластических свойств сварочного шва. Отпуск может быть общим и местным.

При общем отпуске сваренную деталь нагревают до температуры 650°С и медленно охлаждают. При местном отпуске нагреву подлежит только часть конструкции в области сварочного шва.

Под механическими методами понимают обработку (проковку, прокатку, вибрацию, приложение местных нагрузок, ультразвуковое воздействие и т. д.) сваренных деталей, позволяющую снизить остаточные напряжения в кристаллической решетке.

Самым эффективным методом является прокатка ме­талла, но для этого требуется специальное оборудование. Поэтому прокатку выполняют только в условиях крупных производственных подразделений. Наиболее доступным и простым методом является проковка. Для этого горячий

шов подвергают ударной обработке, снимая остаточные напряжения. Под приложением местных нагрузок пони­мают изгиб, кручение и т. д. в направлении, противопо­ложном остаточным деформациям. Вызванные местными нагрузками Деформации сварочного соединения накла­дываются на остаточные деформации, полученные при сварке, снижая их величину.

Термомеханические методы предусматривают одновре­менно термическую и механическую обработку сваривае­мых конструкций и позволяют добиться максимального эффекта.

Этими методами не ограничиваются возможности борьбы с остаточными напряжениями и деформациями. Снизить вероятность появления этих вредных явлений помогают рациональные приемы проведения сварочных работ, суть которых заключается в правильном проекти­ровании и конструировании сварного изделия, уменьше­нии количества наплавленного металла, снижении вно­симого в зону шва тепла за счет уменьшения сварных швов и сечений.

Именно для этого следует избегать скоплений и пере­крещиваний сварочных швов, симметричного их распо­ложения и т. д. Препятствуют деформациям свариваемых деталей ребра жесткости, накладки, косынки и прочие приспособления, о которых мы расскажем в соответству­ющих разделах данной книги.

Любой сварочный аппарат это электрический прибор, который получая ток из сети, преобразует его до нужных параметров и выдает электрическую дугу постоянного тока с высокой его силой (сто – двести ампер). …

Сварочные работы могут стать причиной пожара, если не выполняются элементарные требования противопо­жарной защиты. Причиной пожара могут стать искры и капли расп­лавленного металла, небрежное обращение с огнем сва­рочной горелки, наличие на …

Суть кислородной резки заключается в сгорании разре­заемого металла под воздействием струи кислорода и удале­нии из разреза шлаков, образованием которых неизбежно сопровождается этот процесс (рис. 95). Рис. 95. Схема выполнения газовой …

msd.com.ua

Напряжения, деформации и образование дефектов в сварных швах

5.10. Напряжения, деформации и образование дефектов в сварных швах

Напряжения и деформации при сварке плавлением. При сварке в зоне сварного шва от воздействия концентрированного источника тепла происходит неравномерный нагрев металла. Такой нагрев вызывает образование временных и остаточных сварочных напряжений и деформаций. Временными называются такие, которые изменяются в каждый последующий момент, а остаточными — которые остаются постоянными длительное время.

Остаточные сварочные напряжения возникают в результате затруднений расширения и сжатия металла при его нагреве и охлаждении. конструкция может изменить форму и размеры, т.е. деформироваться. Наличие остаточных напряжений и деформаций приводит к снижению работоспособности сварных конструкций, так как при их работе остаточные напряжения складываются с напряжениями от внешних нагрузок. Высокий уровень напряжений является одной из основных причин образования трещин в сварном соединении. Для повышения работоспособности сварных конструкций необходимо применять методы, снижающие величину сварочных деформаций и напряжений.

Возникновение напряжений в сварном соединении. Для простоты рассуждений примем, что при сварке двух пластин встык сварной шов укладывается одновременно по всей их длине. Тогда сварной шов можно представить как стержень, закрепленный по всей своей длине.

При нагреве сварного шва в нем возникают напряжения сжатия, уравновешенные растягивающими напряжениями в основном металле. После полного остывания в шве будут растягивающие, а в основном металле — сжимающие напряжения. Если сварной шов не связан со свариваемыми пластинами, то свободные температурные деформации приведут к его удлинению.

На самом же деле шов жестко связан со свариваемыми пластинами, и свобода его к изменению размеров при нагреве и охлаждении ограничена. Действительные деформации в шве при нагреве будут меньше, чем должны быть при свободном расширении, т.е. металл шва расширяется в стесненных условиях, и в нем возникают сжимающие напряжения. Но расширяющийся в высокотемпературной зоне металл растягивает более холодные участки, в которых возникают растягивающие напряжения.

При охлаждении будут протекать процессы усадки, что приведет к изменению характера напряженного состояния. Напряжения при этом поменяются на обратные: там, где были сжимающие напряжения, возникнут напряжения растяжения, и наоборот. Эти напряжения максимальны вблизи оси шва (поперечные напряжения) и в середине шва (продольные напряжения) (рис. 129).

              Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей поперечные напряжения в сварном шве и околошовной зоне близки к пределу текучести, продольные — значительно ниже.

Рис. 129. Эпюра поперечных (а) и родольных (6) остаточных напряжений  стыковом сварном соединении

Влияние сварочных напряжений и деформаций на работоспособность конструкций. Остаточные сварочные напряжения и деформации могут влиять на получение и сохранение точных размеров и форм сварных конструкций, а также на их прочность и работоспособность.

В процессе последущей механической обработки происходит пе­рераспределение сил и напряжений в деталях, что вызывает изменение их размеров и форм. Эксплуатационные нагрузки приводят к дополнительному нагружению сварных конструкций, при этом остаточные сварочные напряжения суммируются с напряжениями от внешних нагрузок. Суммарное напряжение в конструкции может превысить предел прочности материала, что приведет к возникновению трещин. Кроме того, могут возникнуть дополнительные деформации, изменяющие размеры деталей. Таким образом, остаточные растягивающие напряжения снижают статическую прочность сварных соединений.

Вибрационная прочность сварных конструкций также снижается под действием остаточных растягивающих напряжений. Практически деформации и остаточные напряжения при наличии концентраторов в условиях пониженных температур могут оказывать резко отрицательное влияние на сопротивление сталей началу хрупкого разрушения.

Остаточные растягивающие напряжения являются одной из основных причин появления так называемых холодных трещин в закаливающихся сталях. Они возникают непосредственно после сварки или в про­цессе вылеживания сварных конструкций. Остаточные напряжения являются основной причиной так называемых замедленных разрушений.

Процессы коррозии под воздействием остаточных растягивающих напряжений ускоряются в 10... 100 раз.

Сжимающие остаточные напряжения понижают местную устойчивость тонкостенных элементов сварных конструкций. Местная устойчивость тонкостенных элементов конструкции определяется величиной действующих в них напряжений сжатия или сдвига. Нередко местная потеря устойчивости таких элементов наступает от остаточных напряжений еще до приложения рабочих нагрузок. Потеря местной устойчивости может явиться непосредственной причиной потери общей устойчивости.

Перемещения свариваемых деталей в процессе сварки создают де­формации в зоне кристаллизации металла сварочной ванны и могут при­вести к образованию горячих (кристаллизационных) трещин.

Во время сварки, в ряде случаев, возникают перемещения в зоне формирования сварного соединения. Это может привести к смещению свариваемых кромок и изменению зазора в стыке, в результате чего возникает непровар.

vunivere.ru

Деформации и напряжения, возникающие в процессе сварки

Термические воздействия, которым подвергаются свариваемые соединения, приводят к образованию напряжений в узлах кристаллической решетки и даже к определенным деформациям. Напряжения и деформации могут быть как собственными, существующими в кристаллической решетке без приложения внешних сил, так и внешними, возникающими под действием приложенных нагрузок.

Собственные напряжения и деформации

Собственные напряжения и деформации могут быть временными, то есть существовать только в процессе термического воздействия, и остаточными, устойчиво сохраняющимися после прекращения сварки. Если деформация после прекращения сварки исчезает, то ее называют упругой. Деформация, полностью или частично оставшаяся после прекращения прикладывания сил, называется пластической. Некоторые виды сварочных деформаций приведены на рис. 1.

Рис.1. Сварочные деформации: А — деформация пластины; Б — деформация углового соединения; В — деформация стыкового соединения

Если деформации меняют размеры изделия или искажают его геометрию, то их называют общими. Общие деформации обычно проявляются в небольших по размерам деталях, когда термическое воздействие охватывает значительную часть их объема. В крупногабаритных деталях, когда термическое влияние сварочного процесса распространяется на относительно небольшие зоны, могут возникать местные деформации, проявляющиеся в виде выпучин, хлопунов и других местных искажений.

Различают деформации в плоскости, когда размеры детали меняются и вне плоскости и проявляются в виде серповидности, грибовидности и т.д.

Причинами образования собственных напряжений и деформаций сварных соединений является неравномерное распределение температурных воздействий и охлаждения. Кроме того, деформации могут вызываться механическим вмешательством в процессе правки сварных узлов, сборки и монтажа конструкций.

Механизм возникновения деформаций в сварочном шве

Механизм возникновения деформаций в сварочном шве рассмотрим на примере стержня, подвергающегося термическому воздействию (рис.2).

Рис. 2.  Деформации при различных условиях закрепления при нагреве: 1 — сжатие; 2 — сжатие; 3 — растяжение

Если такой стержень (А) жестко закрепить с одной стороны и подвергнуть термическому воздействию, то его линейный размер увеличится на некоторую длину ДL, величина которой зависит от коэффициента линейного расширения и температуры нагрева. После прекращения термического влияния стержень охладится, и его длина вернется к исходному значению, поскольку этому ничто не препятствует. Если же на пути удлинения стержня (Б) установить жесткую преграду (например, стену), то при нагреве стержень начнет удлиняться и давить с одинаковой силой на преграды, расположенные с его обоих концов.

Так как по законам физики всякому действию соответствует равное ему и противоположно направленное противодействие, то преграды начнут давить на стержень с обоих концов, сжимая его к центру. По мере роста температуры силы, действующие на стержень, возрастают, вызывая напряжения в кристаллической решетке металла. При небольшом удлинении ДL стержня в кристаллической решетке металла возникают упругие напряжения, и после прекращения термического воздействия стержень охладится без остаточных напряжений и деформаций.

Если же удлинение стержня превысит критическое значение, при котором силы сжатия вызовут пластическую деформацию в кристаллической решетке металла, то после остывания длина стержня (В) станет меньше первоначального значения. Это значит, что в стержне проявилась остаточная деформация, вызванная сжатием кристаллической решетки.

Если же стержень (Г) жестко закрепить с обоих концов, то при незначительном нагреве (для стали это температура (100°С), будет проявляться только упругая деформация, не вызывая остаточных явлений. При высоких температурах стержень расширяется настолько, что силы, действующие вдоль оси и направленные к центру, вызовут изменение его длины. Но так как препятствия, расположенные с обоих концов стержня, не позволяют ему увеличить свою длину, то возникнут изменения в кристаллической решетке. При охлаждении стержня до нормальной температуры происходит обратный процесс. Жесткое закрепление обоих концов будет препятствовать нормализации кристаллической решетки металла и появятся остаточные напряжения (стержень Д).

Этим примером полностью объясняется механизм возникновения напряжений и деформаций в сварочном шве, так как его можно представить как нагревающийся стержень, закрепленный с обоих концов холодным металлом. Остаточные сварочные деформации изменяют геометрию деталей, что сказывается на их качестве.

Методы снижения сварочных деформаций и напряжений

Снижение сварочных напряжений и деформаций выполняют несколькими методами. Различают термические, механические и термомеханические методы снижения сварочных деформаций.

К термическим методам относят отпуск после сварки и предварительный нагрев в процессе сварки. Подогрев металла перед сваркой (или в процессе сварки) снижает предел его текучести, тем самым уменьшает величину остаточных напряжений и деформаций. И хотя этот метод не полностью исключает появление сварочных деформаций, при достаточно сильном нагреве (250°С и более) можно добиться положения, когда их величина будет находиться в допустимых пределах.

Отпуск металла после сварки более эффективен и позволяет снизить величину остаточных напряжений и деформаций на 85 — 90%. Кроме того, отпуск способствует улучшению пластических свойств сварочного шва. Отпуск может быть общим и местным.

При общем отпуске сваренную деталь нагревают до температуры 650°С и медленно охлаждают. При местном отпуске нагреву подлежит только часть конструкции в области сварочного шва.

Под механическими методами понимают обработку (проковку, прокатку, вибрацию, приложение местных нагрузок, ультразвуковое воздействие и т.д.) сваренных деталей, позволяющую снизить остаточные напряжения в кристаллической решетке.

Самым эффективным методом является прокатка металла, но для этого требуется специальное оборудование. Поэтому прокатку выполняют только в условиях крупных производственных подразделений. Наиболее доступным и простым методом является проковка. Для этого горячий шов подвергают ударной обработке, снимая остаточные напряжения. Под приложением местных нагрузок понимают изгиб, кручение и т.д. в направлении, противоположном остаточным деформациям. Вызванные местными нагрузками деформации сварочного соединения накладываются на остаточные деформации, полученные при сварке, снижая их величину.

Термомеханические методы предусматривают одновременно термическую и механическую обработку свариваемых конструкций и позволяют добиться максимального эффекта.

Этими методами не ограничиваются возможности борьбы с остаточными напряжениями и деформациями. Снизить вероятность появления этих вредных явлений помогают рациональные приемы проведения сварочных работ, суть которых заключается в правильном проектировании и конструировании сварного изделия, уменьшении количества наплавленного металла, снижении вносимого в зону шва тепла за счет уменьшения сварных швов и сечений.

Именно для этого следует избегать скоплений и перекрещиваний сварочных швов, симметричного их расположения и т. д. Препятствуют деформациям свариваемых деталей ребра жесткости, накладки, косынки и прочие приспособления, о которых мы расскажем в соответствующих разделах данной книги. 

build.novosibdom.ru

Добро пожаловать на главную страницу

С 19 ноября по 23 ноября в КГБПОУ «Бийский промышленно-технологический колледж» прошел второй Региональный Чемпионат WSR «Молодые профессионалы» Алтайского края по компетенции «Сварочные технологии».

В соревнованиях приняли участие  студенты 2-3-го курсов из 11-ти профессиональных образовательных учреждений Алтайского края:

КГБПОУ Алейский технологический техникум

КГБПОУ Алтайский архитектурно-строительный колледж

КГБПОУ Алтайский государственный колледж

КГБПОУ Алтайский транспортный техникум

КГБПОУ Бийский промышленно-технологический колледж

КГБПОУ Благовещенский профессиональный лицей

КГБПОУ Волчихинский политехнический колледж

КГБПОУ Заринский политехнический техникум

КГБПОУ Каменский агротехнический техникум

КГБПОУ Новоалтайский лицей профессионального образования

КГБПОУ Тальменский технологический техникум.

Целями проведения Регионального Чемпионата является  оценка качества подготовки сварщиков в Алтайском крае в соответствии с международными стандартами, становление команды, способной обеспечить обновление основных профессиональных образовательных программ, реализуемых в профессиональных образовательных организациях Алтайского края в соответствии с международными стандартами международной некоммерческой организации WorldSkills International.

Победителями Регионального Чемпионата WSR «Молодые профессионалы» Алтайского края по компетенции «Сварочные технологии» стали:

1 место Маликов Тимофей КГБПОУ Заринский политехнический техникум

2 место Сопельняк  Денис  КГБПОУ Благовещенский профессиональный лицей

3 место  Ракитин Дмитрий  КГБПОУ Алтайский государственный колледж

Все участники Регионального Чемпионата награждены ценными подарками, предоставленными предприятием-социальным партнером АО «БПО «Сибприбормаш» в лице генерального директора Черемисина А.Я.

https://photos.app.goo.gl/cPDiXboK8cV92QQl2

https://photos.app.goo.gl/wIVOa5WhfHQ3yerj1

pu4-biysk.ru


Смотрите также