Деформации при резке металла, их причины и устранения

Деформации в сварных конструкциях появляются вследствие внутренних напряжений, которые вызываются различными причинами.

Причины возникновения этих напряжений можно разделить на две основные группы:

— неизбежные, без которых процесс обработки невозможен;

— сопутствующие, которые, в принципе, можно-устранить.

К неизбежным причинам возникновения напряжений при сварке относятся, например, неравномерный нагрев, кристаллизационная усадка швов, структурные изменения металла шва и околошовной зоны и т. д.

К сопутствующим причинам возникновения напряжений и деформаций относятся такие причины, как:

— неверные конструктивные решения сварных узлов (неправильно выбранный тип соединения,
слишком близкое расположение сварных швов, частое пересечение сварных швов и т. п.);

— неправильное применение техники и технологии сварки (несоблюдение режимов сварки,
неправильный выбор электродов, некачественная подготовка металла к сварке и т. д.); — низкая
квалификация сварщика.

Любой металл при нагревании расширяется, а при охлаждении сжимается. При изменении температуры изменяется структура металла, происходит перегруппировка атомов из одного типа кристаллической решетки в другой.

Например, олово способно переходить от одного типа кристаллической решетки к другому, причем со значительным изменением объема (до 26%). Это вызывает возникновение значительных внутренних напряжений, которые, в свою очередь, нередко приводят к образованию трещин. Если олово будет достаточно длительное время находиться при температуре -20 °С, оно начинает разрушаться от самопроизвольного растрескивания.

Изменение температуры приводит к перемещению частип металла. Если такое перемещение будет встречать сопротивление, то в металле возникнет напряженное состояние.

Такое сопротивление может вызваться закреплением детали, препятствующим свободному растяжению или сжатию при нагревании или охлаждении.

Кроме того, напряжения в металле могут вызываться неравномерным нагреванием, когда одни области нагреваются больше, другие меньше.

Напряжения могут возникнуть также в результате изменений структуры.

Например, кристаллизационная усадка металла шва проиисходит из-за того, что металл шва при охлаждении уменьшается в объеме, но поскольку шов имеет жесткую связь с более холодным

металлом, его усадка вызывает появление внутренних напряжений. Если же происходит кристаллизационная усадка незакрепленного (свободного) образца металла, это приведет только к его укорочению. В случаях, когда усадка имеет место при жестком

закреплении свариваемых деталей или при неравномерном нагреве, в конструкции после охлаждения возникают внутренние напряжения, вызывающие ее деформацию.

Деформации, возникающие при сварке, принято разделять на следующие виды:

— временные и остаточные;

— местные и общие;

— в плоскости и вне плоскости сварного соединения. Деформации, которые возникают в
некоторый момент

времени при сварке, а после сварки исчезают, называются временными.

Деформации, возникающие в изделии к моменту его полного охлаждения, называются остаточными, или конечными.

Местные деформации возникают в отдельных участках изделий (выпучины, волнистости и т. д.), деформации, при которых искривляются геометрические оси и изменяются размеры всего изделия, называются общими.

Деформации возможны в плоскости сварного изделия— например, продольные и поперечные, а также вне плоскости.

Способы, используемые в процессе сварки

1. Снижение погонной энергии сварки за счет более экономичных режимов. Способ используют
относительно часто.

2. Уменьшение площади зоны пластических деформаций путем охлаждения водой, например,
при контактной или газоэлектрической сварке.

3. Закрепление в приспособлении. Широко используется в производстве. Положительный
эффект достигается за счет жесткости приспособления. Полного устранения деформаций при этом
не достигается.

4. Рациональная последовательность выполнения сборочно-сварочных операций. В некоторых
случаях это единственный способ избежать значительных остаточных деформаций.

5. Нагружение сварного соединения растягивающими усилиями. В производстве почти не
применяется.

Способы, используемые после сварки

Сварочные деформации чаще устраняют после сварки, чем предупреждают их перед сваркой или в процессе сварки. Это, по-видимому, объясняется не только тем, что возможности способов, применяемых до сварки или в процессе сварки, ограничены, но также и организационно-техническими причинами, так как организовать правку после завершения сварки, когда деформации уже известны, значительно проще. Способы, используемые после сварки, следующие:

1. Создание путем пластической деформации перемещений, обратных сварочным (изгиб,
растяжение, проковка, прокатка роликами).

2. Создание пластических деформаций укорочения путем местного нагрева. Этот прием широко
используется в производстве и довольно эффективен.

3. Устранение деформаций путем высокого отпуска деталей в зажимных приспособлениях.