ДЕФОРМАЦІЇ І НАПРУГИ ПРИ ЗВАРЮВАННЯ [види і рішення]

Міцність конструкції і якість зварювального шва знаходяться в прямому зв’язку. Будь-яка] пов’язана з нагріванням і охолодженням металу, а це означає, що матеріал буде піддаватися структурним і об’ємним змінам з ймовірними залишковими напруженнями.

Чому виникають зварювальні деформації напруги

Причина напруги в металі при зварюванні – це перш за все викликані нагріванням зміни. У міру наростання температури відбувається розм’якшення і плавлення, а в момент досягнення межі температури плинності наростають структурні чинники. Особливо яскраво проявляються деформують ефекти при зварюванні сталей різного ґатунку. Це пояснюється:

  • відмінностями в температурі плавлення;

  • різницею в крупності кристалічного зерна, особливості структурних зв’язків;

  • наявністю в стали вуглецю – ці сорти мають вкрай низькі здатності до зварювання;

  • перебудовою структури металу в міру нагрівання і охолодження.

Фахівцям відомо, що найкращі показники зварювання притаманні нелегованої сортам стали з низьким і середнім вмістом вуглецю. У процесі зварювання в них формуються нові структури, зі своїми особливостями взаємодії і різної рухливістю. Саме ці особливості і призводять до тимчасового і залишковим напрузі в зварювальному шві.

Елементи структури стали і внутрішня напруга

Під впливом високої температури в стали відбуваються структурні зміни. Взаємодіючі компоненти складу металу утворюють свої кристалічні формації.

  1. Аустеніт – розчинений в залозі твердий вуглець, який починає виникати при температурі від 723 С. В залежності від концентрації, аустеніт може зберігатися в металі до температур от 1100 до 1350 С, підтримуючи високу рухливість металевого зерна. Така сталь при поступовому охолодженні зберігає пластичність, тому напруги в ній виявляються незначними. Частина аустеніту залишається в металі після охолодження.

  2. Цементит, він же карбід заліза має високу твердість поверхні, тому обмежує рухливість зерна в ромбовидної решітці.

  3. Ферит формується при зварюванні в присутності флюсу і забезпечує хорошу пластичність металу за рахунок округлості зерен. Утворюється при охолодженні стали і підтримує її пластичність.

  4. При змішуванні фериту і цементиту утворюється пластинчастий або зернистий перліт з витягнутими або округлими зернами. Швидке охолодження металу призводить до заміни перліту троостита.

  5. Зерна мартенситу відносяться до нерівноважних структурних елементів стали, існуючим тільки в певному температурному діапазоні (від 750 до 900 С). Загартування сталі з швидким охолодженням призводить до фіксації мартенситу в структурі, що надає металу підвищену міцність, але обмежує пластичність.

Якщо мова йде про легованої сталі, то при зміні температур в її структурі з’являються нітрідние і карбідні елементи перерахованих структурних компонентів. Різні розміри, час і умови існування кристалічних зерен і визначають виникнення напружень.

Діагностика зварювального напруги

[Методи виявлення зварювального шлюбу] розраховані виявлення [дефектів зварних швів], частина з яких пов’язана з виниклими в процесі напруженнями. Їх прийнято класифікувати як залишкові (внутрішні) і поверхневі. Умови для перших формуються при охолодженні стали.

Внутрішні деформують напруги

Усадка металу після зварювання, кутова деформація, внутрішній розрив виникають при внутрішньому напрузі, яке може бути не виявлено методами візуального огляду. Серйозні проблеми виникають, якщо напруга наростає в міру використанні зварної деталі. Скорочується термін експлуатації конструкції, зростає ризик руйнування шва, втрати міцності і руйнування.

поверхневі дефекти

Поверхневі напруги виявляються по видимому викривлення деталей, розбіжності швів, появи тріщин при перевищенні межі міцності металу. В окремих випадках, залежно від ступеня відповідальності деталі, допускається перетравлення шва, закриття тріщин.

об’ємне напруга

Найбільш небезпечно з точки зору цілісності і передбачуваності деталі об’ємне напруга з ознаками внутрішньої і зовнішньої деформації. Практично неможливо визначити силу, напр
ям і розвиток деформації, якщо напруга пов’язано з різницею в структурній сітці металу з різноспрямованими внутрішніми лініями розтягування і стиснення.

Наслідки напруги зварного шва

Наслідки напруги розрізняють і за характером деформації – пружна поверхнева може бути усунена або поступово зійде сама в процесі охолодження. Пластична деформація шва незворотна, усунути її без перетравлення практично неможливо, при цьому змінюється структура металу і його властивості міцності.

рівномірність розподілу

При оцінці деформації використовується коефіцієнт нерівномірності, який дозволяє врахувати напрямок сил напруги і заздалегідь вжити профілактичних заходів. Наприклад, нерівномірність буде вираженою, якщо частина заготовки контактує з масивними холодними лещатами, фіксується ними, а при охолодженні саме в цій зоні формується зона найбільшої напруги. Має значення і різниця в габаритах деталей – більший розмір пов’язаний зі зміною динаміки нагріву і охолодження, при з’єднанні з фрагментом меншого розміру виникає нерівномірно розподілене зусилля.

Профілактика і зняття напружень металу при зварюванні

Основним способом запобігання напружень в зварювальному шві можна назвати правильний вибір стали для з’єднання. Чим ближче за складом і структурі сполучаються фрагменти, тим менше ймовірність напруги і подальшої деформації. Особливу увагу приділяють якості і [техніці зварювання тонких металів інвертором], так як невелика товщина металу – це умова для розриву і активного викривлення.

Способи зменшення зварювальної деформації

Допомагає уникнути викривлення і внутрішніх напружень використання коротких швів, які не перетинаються з’єднань. Ретельна зачистка кромок дозволяє щільно змикатися деталі при стиковому зварюванні.

Досвідчений зварювальник врівноважує напруги, використовуючи підготовку кромок у вигляді параболічних трикутників з взаємно збігається зустрічній кривизною – поверхні з вигином розподіляють навантаження при деформації назустріч, компенсуючи її. Застосовується методика зварювання по осі симетрії деталей різної товщини, щоб врівноважити деформують силу при охолодженні.

Для компенсації використовуються вставки з м’яких і плавких металів, лещата з підігрівом і охолодженням губок. У практиці зварювання великих за розміром конструкцій передбачено використання механічних затискачів. При неминучості наростання напруги може використаний наступний відпал металу. Методи боротьби з кутовими деформаціями побудовані на попередньому напрузі зони шва і відхиленні заготовок.

Ссылка на основную публикацию