Деформации и напряжения при газовой сварке

Деформации и напряжения при газовой сварке

Деформации и напряжения возникают вследствие не­равномерного нагревания металла при газовой сварке. Если нагреть лист металла пламеней горелки (рис, 63), то он нач­нет расширяться в месте нагревания. Расширению будут препятствовать более холодные части листа, окружающие место нагрева. В результате лист, если размеры его доста­точно велики, теряет устойчивость и начнет деформировать­ся, образуя так называемые «бухтины».

При наличии препятствий деформации нагреваемой де­тали в ней возникают внутренние напряжения. Эти напря­жения в зависимости от степени нагрева, размеров и фор­мы детали могут достигать большой величины и часто слу­жат причиной появления трещин в шве или зоне влияния и даже разрушения детали.

Величина расширения металла и связанная с этим сте­пень деформации зависит от температуры нагрева и коэф­фициента линейного расширения. Чем больше коэффициент линейного расширения и выше температура нагрева метал­ла, тем больше деформация.

Второй причиной деформаций и напряжений при сварке является усадка металла шва при переходе из жидкого со­стояния в твердое. Усадка при сварке листов металла вызывает продольное и поперечное коробления. При продольном короблении происходит набегание еще не сваренных кромок листов друг на друга, как это показано на рис. 64, а. Попе­речное коробление листов от усадки показано на рис. 64, б.

Величина усадки больше в верхней части шва, где объем наплавленного металла больше. Поэтому при попереч­ной усадке края листов стремятся подняться в сторону выпуклости шва. Если усадке что-либо пре­пятствует, то возникают напряжения. Поскольку газовая сварка дает большую зону нагрева по сравнению с другими способами сварки, то она вызывает и большие деформации свариваемых частей.

Рис. 64. Коробление листов от усад­ки металла при сварке

Рис. 63. Деформация ли­ста при нагревании горел­кой

Для уменьшения деформаций следует стремиться к рав­номерному распределению объема наплавляемого металла и более равномерному нагреванию детали при сварке. Для этого применяют следующие способы.

Порядок наложения швов. На рис. 65, а пока­заны обратноступенчатый, ступенчатый и комбинированный порядки наложения швов. Шов делят на участки по 100— 200 мм. Сварку ведут отдельными участками в порядке, от­меченном цифрами, и в направлении, указанном стрелками. При этом металл по длине uiaa нагреется более равномер­но, чем при сварке за один проход, следовательно, деформа­ция листов будет меньше.

Уравновешивание деформаций. При этом способе очередность наложения швов выбирают так, чтобы последующий шов вызывал деформации, обратные полученными при наложении предыдущего шва <рис, 65, б). При на­ложении шва I листы деформируются в одну сторону, а при наложении шва 2—в противоположную, В результате бал­ка после сварки будет иметь наименьшую деформацию. Цифры указывают последовательность наложения швов.

Рис. 65. Способы уменьшений деформаций.

Обратные деформации. Этот способ заключается в придании деталям перед сваркой такого положения или формы, которые обеспечивают их правильное относительное расположение после сварки. Например, предварительно раз­двигают кромки листов при сварке продольным швом (рис. 65. а). По мере сварки кромки вследствие усадки ме­талла шва сближаются. Сварку начинают в точке 1, на не­котором расстоянии от поперечной кромки. Оставшийся участок заваривают последним с целью предупреждения образования трещин в начале шва, которые могут возник­нуть из-за продольного коробления листов от усадки.

Жесткое закрепление применяют при прихватке или сварке деталей сложной формы» закрепляя их в специ­альных приспособлениях — кондукторах. Этот способ распространен в условиях массового или серийного производ­ства. Детали из приспособления вынимают после прихватки после сварки и полного охлаждения. Однако этот способ не всегда даст хорошие результаты при газовой сварке, по­скольку она дает большую зону нагрева и поэтому вызывает большие деформации, чем дуговая сварка. Вследствие этого при закреплении вне шва возникают напряжения сжатия, вызывающие увеличение общей деформации изделия. Если же закрепление располагают вблизи свариваемых кромок, то при нагреве возникают большие пластические деформа­ции сжатия, которые в процессе остывания сварного соеди­нения могут вызвать его разрушение.

Охлаждение. Сопутствующее охлаждение детали в процессе сварки уменьшает зону нагрева, а следовательно, и деформацию изделия. Для охлаждения изделие погружают в воду, оставляя на поверхности только место сварки, или кладут под шов прокладку из красной меди, имеющую высо­кую теплопроводность и улучшающую отвод тепла. Иногда в подкладке делают каналы, по которым пропускают воду для лучшего отвода тепла. Можно также обкладывать де­таль около шва мокрым асбестом.

Данный способ применяют при сварке сталей, обладаю­щих пониженной теплопроводностью, например нержаве­ющих.

Предварительный подогрев детали (пол­ный или частичный) снижает разность температур между сварочной ванной и более холодными частями основного металла. Это уменьшает напряжения и деформации металла от местного неравномерного нагрева при сварке и уменьша­ет скорость охлаждения. Данный способ применяют при ре^ монтной сварке отливок из чугуна, бронзы и алюминия, а также при сварке высокоуглеродистых и легированных ста­лей, склонных к закалке и трещинообраэованию. Способ требует специальных устройств дли подогрева деталей; гор­нов, печей, индукторов и пр.

Проковка наплавленного металла после сварки деформирует зерна и уплотняет шов; это снимает оставшиеся напряжения и повышает прочность сварного со­единения. Проковку производят а зависимости от вида сва­риваемого металла либо в горячем, либо в холодном состояиии.

Указания о применении проковки и ее режимы приве­дены ниже при описании техники сварки различных ме­таллов,