Меню

Способ снижения остаточных напряжений



Методы снижения сварочных напряжений и устранения остаточных деформаций

Сообщение об ошибке

Методы снижения сварочных напряжений и устранения остаточных деформаций

Если меры предотвращения образования сварочных напряжений и деформаций оказываются недостаточными, появляется необходимость в устранении (снятии) возникших напряжений и деформаций.

Снятие сварочных напряжений путем термообработки. Для полного снятия напряжений сварные соединения подвергают термообработке. С этой целью при сварке углеродистых конструкционных сталей проводят общий высокий отпуск конструкции (нагрев до 630 — 650 º С с выдержкой при этой температуре в течение 2- 3 мин на 1 мм толщины металла). Охлаждение должно быть медленным для того, чтобы при его прохождении снова не возникли напряжения. Режим охлаждения в основном зависит от химического состава стали. Чем больше содержание элементов, способствующих закалке, тем меньше должна быть скорость охлаждения. Во многих случаях деталь охлаждают до температуры 300 º С с печью, а затем на спокойном воздухе.

При высоком отпуске сварочные напряжения снимаются вследствие того, что при температуре 600 º С предел текучести металла близок к нулю и материал практически не оказывает сопротивления пластической деформации, в процессе которой происходит релаксация сварочных напряжений. При температуре отпуска 600 — 620 º С наблюдается некоторое охрупчивание металла, порог хладноломкости перемещается в сторону положительных температур. Особенно это проявляется на сталях, содержащих ванадий. Снижение температуры отпуска до 550 — 560 º С устраняет указанный недостаток.

В ряде случаев можно ограничиться высоким отпуском отдельных элементов конструкции. Так, при изготовлении сферических резервуаров для хранения различных продуктов ограничиваются только отпуском лепестков с приваренными люками. Отпуск отдельных узлов применяют также при изготовлении сварных рам тележек вагонов и локомотивов. Такие операции значительно проще, чем отпуск всей конструкции, и, как показал опыт, обеспечивают требуемую эксплуатационную надежность.

Высокий отпуск является дорогой операцией, удлиняющей технологический процесс изготовления конструкции, и его следует применять в действительно необходимых случаях. Если механическая обработка проводится на детали, не прошедшей отпуска, то в связи с перераспределением напряжений может произойти изменение ее размеров. В большинстве случаев при сварке изделий из стали с повышенным содержанием углерода и легирующих элементов можно ограничиться только предварительным местным или общим подогревом и не проводить последующей термообработки.

Термопластический метод снятия напряжений. Метод основан на создании пластических деформаций в зоне шва, что осуществляется путем нагрева смежных со швом участков основного металла.

При этом достигается тот же эффект, что и при растяжении внешними силами. Снятие напряжений достигается только при тщательной регулировке источника нагрева и определенной скорости перемещения его вдоль шва.

Снятие сварочных напряжений с помощью аргоно-дуговой обработки. Одной из мер снятия сварочных напряжений является расплавление участка перехода от шва к основному металлу неплавящимся электродом в аргоне. При этом нарушается равновесие внутренних сил напряженного поля вследствие перехода части металла в жидкое и пластическое состояние. Естественно, что при кристаллизации расплавленного металла будут вновь возникать напряжения, однако они сравнительно малы, так как количество этого металла во много раз меньше, чем металла шва. Расплавление небольшого количества основного металла и металла шва приводит к уменьшению напряжений на 60 — 70%. Получаемый при этом плавный переход от шва к основному металлу способствует значительному повышению прочности сварных соединений при переменных нагрузках (рис. 1.)

Читайте также:  Провод высокого напряжения без сопротивления

Кривые выносливости сварных образцов из стали 10Г2Б с накладками: 1 - швы оплавлены; 2 - швы не обработаны

Рис. 1. Кривые выносливости сварных образцов из стали 10Г2Б с накладками: 1 — швы оплавлены; 2 — швы не обработаны

Снятие сварочных напряжений путем проковки металла шва и околошовной зоны. Сварочные напряжения могут быть сняты почти полностью, если в шве и околошовной зоне создать дополнительные пластические деформации. Это достигается проковкой швов. Проковку производят в процессе остывания металла при температурах 450 º С и выше либо от 150 º С и ниже. В интервале температур 400 — 200 º С в связи с пониженной пластичностью металла при ее проковке возможно образование надрывов. Специаль ный нагрев сварного соединения для выполнения проковки, как правило, не требуется. Удары наносят вручную молотком массой 0,6 — 1,2 кг с закругленным бойком или пневматическим молотком с небольшим усилием. При многослойной сварке проковывают каждый слой, за исключением первого, в котором от удара могут возникнуть трещины. Этот прием применяют для снятия напряжений при заварке трещин и замыкающих швов в жестких конструкциях. Проковка сварного соединения также способствует повышению усталостной прочности конструкции.

Снятие сварочных напряжений путем нагружения конструкции до напряжений, равных пределу текучести металла. Эффективной мерой снятия сварочных напряжений в конструкциях, изготовляемых из незакаливающихся сталей, является воздействие на сварную конструкцию внешних сил, от которых в ней возникают напряжения, равные пределу текучести металла. Нагружение конструкции должно быть статическим и проводиться в условиях, когда металл находится в пластическом состоянии (при положительной температуре). Такой метод снятия напряжений особо следует рекомендовать для конструкций, работающих в тяжелых условиях эксплуатации (низкие температуры, большие скорости приложения нагрузок) перед вводом их в работу.

Если в первый период эксплуатации конструкция работает в условиях, когда металл находится в пластическом состоянии, происходит смягчение остроты концентраторов напряжений. При этом сварочные напряжения не повлияют на статическую прочность конструкции при тяжелых условиях ее эксплуатации. При снятии напряжений этим способом не все элементы конструкции могут быть нагружены до предела текучести. Поэтому напряжения снимаются только в элементах, наиболее нагруженных от прилагаемых нагрузок, в остальных, например в участках с приваренными ребрами, фланцами и т.п., они остаются почти без изменений.

Нагружение до предела текучести конструкций, при сварке которых возможно образование малопластических закалочных структур в околошовной зоне, не приводит к снятию сварочных напряжений. В этом случае сварочные напряжения могут быть сняты только высоким отпуском. Выполнен ряд исследовательских работ по уменьшению либо полному устранению сварочных напряжений при помощи ультразвука.

Устранение деформации путем термической правки. При термической правке нагрев производят газокислородным пламенем либо электрической дугой неплавящимся электродом. Температура нагрева деформированного участка при термической правке составляет 750 — 850 º С. Нагретый участок стремится расшириться, однако окружающий его холодный металл ограничивает возможность расширения, в результате чего возникают пластические деформации сжатия. После охлаждения линейные размеры нагретого участка уменьшаются, что приводит к уменьшению или полному устранению деформаций

Читайте также:  Преобразователи напряжения для грузовика

На рис. 2, а показаны деформированная балка с приваренными косынками и места, подлежащие нагреву при правке. Если балка таврового сечения деформируется после сварки в сторону пояса, то рекомендуется править ее, как показано на рис. 2, в, и нагревать ряд участков самого пояса. В практике часто наблюдается сложная деформация стенки и пояса (рис. 2, б). Для устранения такой деформации производят нагрев как вертикальной стенки, так и пояса.

Правка деформированной тавровой балки нагревом (кружками и полосками указаны места нагрева): а - правка при вогнутой полке, б - правка при сложной деформации, в - правка при выпуклой полке

Рис. 2. Правка деформированной тавровой балки нагревом (кружками и полосками указаны места нагрева): а — правка при вогнутой полке, б — правка при сложной деформации, в — правка при выпуклой полке

Для правки сварных конструкций требуется определенный навык. Поэтому, если в производственных условиях неизбежна правка конструкций, то для выполнения термической правки необходимо специально обучать рабочих. В случае деформации тонкого листа, приваренного к массивной раме, правку можно осуществлять путем нагрева в симметрично расположенных точках с выпуклой стороны листа. Нагрев следует начинать от центра выпуклости.

Устранение деформации путем механической правки. Для устранения деформации механическую правку можно осуществлять на прессах или при толщине металла до 3 мм вручную ударами молотка. Этот вид правки менее целесообразен, чем термическая правка, и его применение следует ограничивать. При механической правке образуется местный наклеп, повышающий предел текучести металла. Пластические свойства металла резко снижаются, особенно у кипящей стали. Вызываемая наклепом неоднородность механических свойств сказывается отрицательно на статической прочности конструкции и при эксплуатации конструкции под переменными нагрузками.

Источник

Методы уменьшения остаточных напряжений

По объему применения отпуск сварных машиностроительных конструкций превосходит все остальные методы снижения остаточных сварочных напряжений. Его основное преимущество — существенное снижение напряжений во всей конструкции.

Отпуском сварных конструкций называют их термическую обработку после сварки, состоящую из нагрева и выдержки при температуре не выше А С1. Его можно рассматривать одновременно/ и как отпуск закаленных участков металла, и как отжиг для восстановления пластических свойств металла и снижения остаточных напряжений. Для стальных конструкций применяют высокий отпуск (400-690°С и выше).

Различают общий отпуск, когда равномерно нагревают все изделие, и местный отпуск, когда нагревают лишь часть конструкции в зоне сварного соединения. Наибольшее распространение получил общий отпуск. Рассмотрим вначале общий отпуск, который проводят в специальных термических печах.

Отпуск состоит из трех этапов: нагрева (1, рис 6.3), выдержки (2) и охлаждения (3). Продолжительность нагрева изделия по всему объему до температуры отпуска Т отп определяется его размерами, теплофизическими свойствами и характеристиками печи. Продолжительность выдержки при постоянной температуре всего изделия Т отп зависит от скорости протекания структурных превращений и необходимой степени снижения остаточных напряжений.

Рисунок 6.3 – Термический цикл отпуска и снижение остаточных напряжений во времени

Продолжительность охлаждения определяется скоростью охлаждения, которая влияет на свойства металла, и допустимой степенью неравномерности температурного поля. При большой разности температуры поверхности Т п и центра изделия (глубинных зон) Тц могут образоваться значительные временные напряжения, приводящие к дополнительным пластическим деформациям, а, следовательно, и остаточным напряжениям.

Читайте также:  Для хрупких материалов допускаемые нормальные напряжения вычисляются по формуле

На этапе нагрева и выдержки образуются необратимые пластические деформации и деформации ползучести, что и приводит к снижению напряжений. Пластические деформации происходят в результате протекания сдвиговых процессов, а деформация ползучести — в результате диффузионных.

Снижение остаточных напряжений в основном происходит, в период нагрева за счет сдвиговых пластических деформаций.

Распределение напряжений в сварном соединении после сварки неравномерно, поэтому их снижение происходит с различной скоростью.

В период выдержки происходит релаксация напряжений. Определяющими являются диффузионные процессы, поэтому напряжения снижаются медленно. Выдержка сверх нескольких часов неэффективна. При необходимости достигнуть более существенного понижения напряжений следует повышать температуру отпуска Т отп. Повышение Т атп на 50 °С дает эффект, соизмеримый с эффектом, получаемым при продолжительности выдержки, равным многим десяткам часов. Например, в стали Ст3 при Т отп = 600 °С и времени цикла 4 ч напряжения снижаются от до 0,04 .

На этапе остывания одновременно происходит релаксация напряжений и рост напряжений за счет увеличения модуля упругости, поэтому напряжения остаются приблизительно постоянными (см. рис. 6.3).

Плоская секция, размеры поперечного сечения которой изображены на рис. 6.4, подвергается обратному выгибу перед сваркой с целью устранения остаточного прогиба. Определить стрелку выгиба при общем и раздельном способах выгиба, если сварные швы с катетом 6 мм выполнялись последовательно, а длина полотнища равна 10 м. Материал – углеродистая сталь Ст3.

Для определения стрелки обратного выгиба необходимо знать f св, J z. и J 0 согласно формулам (6.1) и (6.2). Найдем положение центра тяжести поперечного сечения секции

Источник

Способ снижения остаточных напряжений

  • Термические напряжения
  • Охлаждающие среды
  • Способы нагрева цветных металлов
  • Общие положения о технологии термической обработки цветных металлов
  • Оптимизация технико-экономических показателей выплавки стали в индукционной печи
  • Экономическая целесообразность инновационного развития производства губчатого ферровольфрама в отечественной металлургии
  • Технико-экономические показатели производства губчатых и порошковых лигатур
  • Разработка и совершенствование методики и нетрадиционных критериев оценки экономической эффективности в металлургии
  • Особенности легирования мартеновской стали 38ХНМ молибденом металлизованного концентрата
  • Технико-экономические показатели выплавки быстрорежущих сталей с использованием металлизованного молибденового концентрата

Датская компания Danfoss занимается производством тепловой и промышленной автоматики, холодильного оборудования. С момента основания (1933 г.) бренд сумел завоевать.

Каждому владельцу загородной недвижимости или дачного участка хочется иметь надежное и красивое ограждение. Лучшим вариантом могут стать заборы из профнастила.

Когда требуется недорогая, но качественная установка или замена окна, каждый потребитель ищет надежного производителя.

Двустворчатые металлические двери чаще всего используются для установки в частных строениях. В многоквартирных домах дверные проемы имеют стандартные размеры и только в.

Если вы планируете возведение жилого дома, необходимо составить четкий список всех предстоящих мероприятий, чтобы минимизировать вероятность возникновения проблем и.

Входные металлические двери не требуют значительного ухода, но это не значит, что конструкции не придется уделять внимания. Периодически важно проверять состояние.

Электросварные трубы изготавливаются из листового проката методом электросварки. В качестве материала для их производства в большинстве случаев используется.

Актуаторы – специальные устройства. Они переносят на исполнительный механизм усилия с регулирующего или управляющего. Такие электромеханические устройства могут.

Источник

Adblock
detector