Напряжения и деформации при сварке. Термическая обработка сварных конструкций

ГЛАВА 15. НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СВАРКЕ. ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ [c.189]

Термическая обработка сварных конструкций. В результате сварки механические свойства металла около сварного шва изменяются. Кроме того, в сварных соединениях образуются сварочные остаточные напряжения и деформации, которые могут отрицательно сказаться на эксплуатационной способности изделия. Поэтому в технологической цепочке предусматривают термическую обработку готового изделия, позволяющую устранить отрицательное влияние сварки. Как правило, это отпуск. Он состоит в нагреве изделия примерно до 650 °С, выдержке при этой температуре и медленном охлаждении. После отпуска свойства металла восстанавливаются, напряжения и деформации снижаются. Однако это очень дорогостоящая операция, поскольку для ее проведения требуются специальное оборудование (печи) и существенные энергозатраты. [c.368]

Таким образом, на стадиях проектирования, изготовления и монтажа сварных конструкций необходимо принимать меры по уменьшению влияния сварочных напряжений и деформаций. Нужно уменьшать объем наплавленного металла и тепловложение в сварной шов. Сварные швы следует располагать симметрично друг другу, не допускать, по возможности, пересечения швов. Ограничить деформации в сварных конструкциях можно технологическими приемами сваркой с закреплением в стендах или приспособлениях, рациональной последовательностью сварочных (сварка обратноступенчатым швом и др.) и сборочно-сварочных операций (уравновешивание деформаций нагружением элементов детали). Нужно создавать упругие или пластические деформации, обратные по знаку сварочным деформациям (обратный выгиб, предварительное растяжение элементов перед сваркой и др.). Эффективно усиленное охлаждение сварного соединения (медные подкладки, водяное охлаждение и др.), пластическое деформирование металла в зоне шва в процессе сварки (проковка, прокатка роликом, обжатие точек при контактной сварке и др.). Лучше выбирать способы сварки, обеспечивающие высокую концентрацию тепла, применять двустороннюю сварку, Х-образную разделку кромок, уменьшать погонную энергию, площадь поперечного сечения швов, стремиться располагать швы симметрично по отношению к центру тяжести изделия. Напряжения можно снимать термической обработкой после сварки. Остаточные деформации можно устранять механической правкой в холодном состоянии (изгибом, вальцовкой, растяжением, прокаткой роликами, проковкой и т.д.) и термической правкой путем местного нагрева конструкции. [c.42]

Сварочные напряжения вызывают остаточные деформации в сварной конструкции, величина которых может быть значительно больше допуска на готовую деталь. Действие сварочных напряжений важно учитывать при конструировании и изготовлении технологической оснастки, так как от этого зависит точность обработки и сборки. Сварочные напряжения могут быть значительно уменьшены при правильном конструировании детали (узла), рациональным выбором режима сварки, а также последующей термической правкой детали. [c.129]

Необходимо отметить, что работоспособность металла в сварной конструкции характеризуется не только его начальными свойствами, а в значительной степени зависит от конструктивного оформления, характера приложения усилий и структурных изменений материала, возникающих в процессе сварки и термической обработки в околошовной зоне. Многоосное напряженное состояние, образующееся в результате воздействия прилагаемых нагрузок, различные концентраторы напряжений, изменение скорости приложения нагрузки, воздействие высокой температуры способствуют изменению характера деформации, потере вследствие этого пластичности и появлению хрупкого разрушения. [c.29]

Сварочные напряжения возникают в результате неравномерного нагрева и остывания металла в процессе сварки. При перемещении источника тепла вдоль шва металл в зоне наплавки интенсивно нагревается. Смежные участки металла, обладая более низкой температурой, препятствуют расширению нагретого металла и создают в нем напряжения сжатия. При остывании в наплавленном слое возникают остаточные напряжения растяжения, так как окружающий металл тормозит уменьшение его объема. Величина этих напряжений иногда достигает предела текучести металла. При сварке заготовок из низкоуглеродистых сталей возникают в основном остаточные напряжения первого рода, а при сварке заготовок из закаливающихся сталей — напряжения всех трех родов. Сварочные напряжения вызывают остаточные деформации в сварной конструкции, величина которых может быть значительно больше допуска на размеры изделия. Действие сварочных напряжений необходимо учитывать при изготовлении технологической оснастки, так как от этого зависит точность обрабатываемых заготовок и сборки. Сварочные напряжения могут быть уменьшены правильным конструированием изделия, рациональным выбором режима сварки, а также последующей термической обработкой. [c.99]

В деталях машин большое значение имеет точность изготовления. Остаточные напряжения в сварных конструкциях находящихся в эксплуатации, с течением времени меняют свою величину. Вследствие этого в конструкции появляются деформации. Для устранения этого явления сварные изделия, изготовляемые и обрабатываемые по высшим классам точности, необходимо после сварки подвергать термической обработке (отпуску в нагревательных печах). Механическую обработку сварных деталей машин следует, как правило, производить после отпуска,, однако очень часто их обрабатывают, не производя вовсе отпуска. Только при тщательной отработке технологии сварки можно допускать горячий монтаж , т. е. детали предварительно механически обрабатывать, а затем собирать и сваривать между собой. [c.663]

Третья группа включает 1) разработанные автором методику и аппаратуру ИМЕТ-4 для изучения сопротивляемости основного металла и околошовной зоны задержанному разрушению на надрезанных образцах небольшого размера в условиях воздействия растягивающих напряжений, величина которых задается грузами предварительно образцы подвергаются в той же машине воздействию термического цикла и продольных деформаций, соответствующих различным условиям термообработки, сварки или термомеханической обработки 2) сварку специальных проб различной конструкции, позволяющих изучать влияние погонной энергии дуги, технологии сварки, температуры подогрева и жесткости реальных сварных соединений на образование холодных трещин в металле околошовной зоны. [c.52]

Крышка турбины, опора пяты, верхнее и нижнее кольца относятся к стационарным деталям направляющего аппарата. Состоят они, как правило, из нескольких частей (секторов), габариты которых определяются условиями транспортировки и производства. Число секторов принимают четным, чтобы иметь сквозные меридианные разъемы, необходимые при обработке стыков. Выполняются эти детали сварными из проката МСтЗ, реже литыми из стали 20ГСЛ или ЗОЛ. Можно применять высокопрочный чугун ВПЧ 40-5, хорошо зарекомендовавший себя на Камской ГЭС. Выбор материала зависит от напряженного состояния деталей и условий производства. В последние годы в отечественном гидротурбостроении преимущественное применение нашли сварные конструкции. Они отличаются наименьшей затратой материалов для заготовок и наименьшей массой, требуют меньших припусков на обработку, позволяют точно выдерживать толщину стенок, в них отсутствуют внутренние и поверхностные дефекты, неизбежные в отливках, их фактическая прочность больше соответствует расчетным значениям. Общим недостатком сварных конструкций является наличие остаточных напряжений и вызываемых ими деформаций. Для устранения этих напряжений обязательно применение термической обработки (отпуска и нормализации) после сварки. Допустимые деформации сварных деталей должны находиться в пределах припусков на обработку. [c.96]

В сварных конструкциях могут быть не только общие, но и местные деформации в виде выпучив и волн. Длинные и узкие листы, сваренные встык, под действием угловых деформаций и собственной массы получают волнистость (рис. 27), размеры которой определяются углом Р и толщиной свариваемых листов, определяющей их массу. При приварке к листу ребер поясные листы получают местные деформации - грибовидность. Кроме местных угловых деформаций могут возникать выпучины и волнистость на поверхности листа. Остаточные деформации, возникающие в результате перераспределения внутренних остаточных напряжений после сварки, называют вторичными. Это перераспределение может произойти при первом нагружении сварной конструкции, при механической, термической и газопламенной обработке сварных изделий. Остаточные сварочные напряжения, перемещения и деформации могут существенно снизить прочность, исказить точность форм и размеров конструкции, ухудшить внешний вид изделия, снизить технологическую прочность сварных соединений, что приведет к возникновению горячих или холодных трещин. В определенных условиях может снизиться статическая прочность или произойти потеря устойчивости сварной конструкции, что, в свою [c.41]

Оценка склонности сварных соединений к развитию трещин при термической обработке производится с помощью жестких проб и испытаний образцов, подвергнутых нагреву по имитированному термическому циклу сварки (п. 15). Пробы и испытания, а также опыт изготовления сварных конструкций показали, что образование трещин при термической обработке наиболее вероятно при высокой жесткости соединения и наличии концентраторов напряжений в районе усиления швов, а также несплавле-ний и других дефектов на границе сплавления. При исследовании с помощью жестких проб и релаксационных испытаний установлено, что вероятность появления трещин при отпуске или стабилизации заметно снижается, если перед нагревом проведена зачистка наружной поверхности швов до плавного сопряжения с основным металлом, или если испытываются гладкие образцы. Поэтому фактор концентрации является одним из основных, способствующих появлению рассматриваемого типа трещин. С позиций межзеренного разрушения такое влияние концентрации обусловлено тем, что за счет объемности напряженного состояния подавляются сдвиговые деформации и развиваются процессы, способствующие межзеренному разрушению. [c.99]

В сварных конструкциях, не лодвергнутых термической обработке для устранения остаточных напряжений, могут встречаться местные пики остаточных напряжений растяжения и сжатия, достигающих уро вня предела текучести материала. Эти остаточные напряжения возникают, в основном, в результате усадки сварных швов при их охлаждении в условиях ограниченной возможности деформации благодаря присутствию смежных частей конструкции, которые не были нагреты при сварке до столь высокой температуры. Относительно влияния остаточных напряжений на сопротивление усталости В течение многих лет высказывались противоречивые мнения [18—20]. Часто возникал вопрос о том, складываются ли остаточные напряжения с напряжениями от внешних нагрузок и при каких условиях остаточные напряжения могут оказывать благоприятное или вредное влияние. [c.54]

Необходимо отметить, что появление деформаций и напряжений в процессе изготовления в результате воздействий, оказываемых при обработке, не является исключительной особенностью сварных конструкций. Общеизвестно, что деформации и напряжения появляются при применении всех методов обработки металла. Это относится к литью, прокатке, штамповке, клепке, вальцовке, обработке резанне.м, термической обработке и другим методам. Вообще проблема внутренних напряжений впервые была выдвинута еще до изобретения электрической сварки. Сделано это было выдающимся русским ученым Н. В. Калакуцким, который впервые обратил внимание на значение остаточных напряжений. Труды Н. В. Калакуцкого оказали большое влияние на развитие технологических процессов обработки металлических изделий. [c.94]

Вопросы точности и стабильности размеров конструкции, конечно, не исчерпываются выбором способа сварки. Существенным является учет сварочных деформаций и напряжений, назначение технологических мероприятий по их уменьшению. Эти вопросы решают на стадии рабочего проектирования как с целью обоснования значений допусков и припусков, так и с точки зрения целесообразности проведения термообработки. Применение термообработ1Ш, с одной стороны, улучшает механические свойства и структуру сварных соединений, способствуя повышению их работоспособности. С другой стороны, многие весьма ответственные изделия вполне надежно работают после сварки без ка-кой-либо термической обработки. Неоправданное назначение операции термообработки может существенно увеличить трудоемкость изготовления изделия, в особенности в условиях серийного производства. Вопрос о необходимости термообработки после сварки решают, принимая во внимание химический состав свариваемого и присадочного металла, способ сварки, конструктивное оформление соединений и узлов, требования к механическим свойствам, условия эксплуатации и т.д. [c.432]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...