Напряжения, деформации и образование дефектов в сварных швах, страница 3

Для снижения сварочных деформаций применяют следующие методы. На стадии проектирования сварной конструкции нужно стремиться к уменьшению объема наплавленного металла за счет уменьшения поперечного сечения сварных швов. По возможности симметрично располагать швы относительно центра тяжести свариваемого сечения, чтобы напряжения от них взаимно уравновешивались. Увеличить жесткость конструкции путем постановки ребер жесткости, мембран, стенок и т.п. в зоне сварного шва. Эффективным способом предотвращения местных сварочных деформаций от потери устойчивости тонколистовых конструкций является использование штампованных прокатных профилей. Например, в производстве кузовов вагонов, локомотивов применяются гофрированные полотнища. Следует использовать способы сварки с минимальным тепловложением.

При разработке технологии и проведении сварки целесообразно ис­пользовать следующие мероприятия. Применение рациональной последовательности укладки швов. Деформации в плоскости сварного шва (продольную и поперечную усадку) можно убрать путем увеличения размеров заготовок на величину усадки. Кроме того, для этих же целей применяется сварка обратноступенчатым способом. В данном способе сварки шов разбивается на отдельные участки, и каждый участок сваривается в направлении, противоположном основному направлению сварки.

Создание до сварки дополнительных деформаций, равных по величине и обратных сварочным (обратный прогиб), например при сварке балочных конструкций (стыков рельсов, различных профилей и т.п.). Выполнение перед сваркой обратных прогибов предотвращает возникновение только лишь остаточных деформаций, но не устраняет сварочных напряжений, а перераспределяет их.

Весьма эффективно применение также предварительного растяжения как конструкции в целом, так и отдельных ее элементов, сохраняемого до полного остывания конструкции.

Применяют жесткое закрепление деталей при сварке в специальных приспособлениях (кондукторах). Закрепление сохраняется как в процессе сварки, так и до полного остывания сварного шва. Однако в этом случае остаточные напряжения в конструкции будут выше, чем при сварке в незакрепленном состоянии, поэтому нужен высокий отпуск в зажимных приспособлениях.

Термическая обработка в свободном состоянии — подогрев перед свар­кой, отпуск или отжиг после сварки сварочных деформаций не устраняет.

Металлургические процессы в сварочной ванне. При сварке в сварочной ванне протекает ряд металлургических процессов: испарение и окисление металла, взаимодействие его с газовой и шлаковой фазами. При анализе металлургических процессов, протекающих в зоне сварки, обычно проводят их раздельную оценку. Характер этих процессов зависит от способа и режима сварки, свойств основного и электродного металла, внешних условий.

Способ и режим сварки определяют термический цикл в зоне сварки, характеризующийся максимальной температурой нагрева, а также скоростью нагрева и охлаждения.

В процессе переноса металла с электрода в сварочную ванну капли и пары металла, нагретые до высокой температуры, взаимодействуют с газовой фазой. Высокая температура способствует интенсивному протеканию реакций между металлом и газами, а также испарению, вследствие чего в дуговом промежутке всегда имеется определенное количество паров металла. Окисление металла сварочной ванны возможно и при взаимодействии с жидким шлаком.

При сварке голыми (непокрытыми) электродами капли и пары металла соприкасаются с воздухом. При температурах, которые имеют место в дуговом промежутке, наряду с металлическими парами содержится 25.. .50 % воздуха. Следовательно, при сварке голыми электродами в атмосфере дуги находится 20...40 % азота и 5... 10 % кислорода.

В условиях контакта с кислородом происходит интенсивное окисление металла ванны (образование окислов железа). При высоких температурах азот является весьма активным по отношению к железу, поэтому при сварке непокрытыми электродами наблюдается насыщение азотом металла ванны. При этом образуются нитриды железа в виде включений в наплавленном металле. Кислород и азот резко снижают пластические свойства металла шва, а азот, кроме того, может привести к образованию пористости в шве. Для обеспечения качественного шва, как известно, необходима защита зоны сварки от соприкосновения с воздухом.