Расчетные методы нахождения знака и величины остаточных напряжений из-за сложности явлений разработаны только для простейших конструкций (однопроходная сварка пластин, балок, наплавка валика на кромку пластины и др.) /2, 5, 14/. Некоторые из этих методов позволяют лишь качественно оценить распределение сварочных напряжений.
3.3. Эффективность технологических способов снижения и исключения сварочных напряжений
Среди способов по снижению или устранению сварочных напряжений главными являются следующие.
1) Рациональный порядок ведения процесса сварки конструкции, при котором не образуются жесткие контуры, ограничивающие перемещение отдельных ее элементов (швы, создающие такие контуры, выполняют в последнюю очередь); использование специальных сборочно-сварочных приспособлений, позволяющих вести сварку без прихваток; режимы и порядок наложения швов, обеспечивающие равномерный нагрев конструкции по сечению и др.
2) Предварительный и сопутствующий подогрев при сварке. Благодаря уменьшению разности между максимальной температурой при сварке и начальной температурой снижается скорость охлаждения на разных участках сварного соединения, улучшается их структура и повышается пластичность; для высокопрочных сплавов устраняется возможность закалки. При предварительном нагреве до температуры 200…250 °С снижение растягивающих продольных напряжений может достигать 50 %.
3) Отжиг или высокий отпуск сварных конструкций. Снятие напряжений происходит во всей конструкции одновременно, поэтому данный способ получил широкое распространение в промышленности. При отжиге или высоком отпуске сварочные напряжения удается снизить на 85…90 % /2/. В ряде случаев применяют местный отпуск, при котором нагревают лишь часть конструкции в зоне сварного соединения. Используя такой способ, добиваются плавного изменения температуры на участках перехода от нагретого к ненагретому узлу. Эффективность местной термической обработки сварных соединений из цветных металлов иллюстрируют результаты измерений остаточных напряжений в кольцевых швах обечаек из титанового сплава АТЗ толщиной 26 мм /10/. После автоматической сварки под флюсом в несколько проходов продольные остаточные растягивающие напряжения достигали 0,5s02 - 270 МПа. Местная термическая обработка шва (нагрев с помощью индуктора полосы металла шириной 120 мм до температуры 660…700 °С в течение 20 мин позволила снизить напряжения до 24…30 МПа.
4) Проковка металла. Она выполняется непосредственно после сварки, по горячему металлу. Применяется для пластичных металлов и сплавов. Позволяет снизить уровень растягивающих напряжении, а при интенсивной проковке перевести их в сжимающие. Такие напряжения способствуют повышению прочности соединений, особенно при переменных нагрузках /8/. При многослойной сварке выполняют послойную проковку. Проковка швов после полного остывания не всегда дает положительные результаты, так как приводит к снижению пластичности металла.
5) Обжатие зоны сварного соединения путем прокатки между роликами. Этот способ, отличающийся равномерной пластической деформацией, позволяет снизить уровень растягивающих напряжений и перевести их в сжимающие. Применяется для тонколистовых конструкций. Связь между напряжениями в металле и параметрами режима прокатки роликами описывается формулой /2/
где р – необходимое давление на ролики при прокатке, МПа; s – ширина рабочего пояска ролика, см; d – диаметр роликов, см; sкон – напряжения в сварном соединении после прокатки, МПа; sнач – начальные остаточные напряжения в сварном соединении, МПа.
Если sнач = s0,2, sкон = 0, то формула упрощается в виде
Установлено, что для каждого металла при заданных размерах роликов н толщине металла в зоне прокатки существует определенное давление Р0 на ролики, при котором остаточные напряжения могут быть доведены до нуля. При этом утонение металла не превышает 1 % . Это давление в значительной степени зависит от предела текучести металла /2/.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.