Деформации изделий после сварки и методы борьбы с ними

При сварке плавлением в металле в результате местного нагрева и последующего охлаждения возникают нестабильные закалочные струк­туры и внутренние температурные напряжения, которые вызывают изме­нение размеров и формы (искривление, скручивание).

Рассмотрим процессы образования остаточных деформаций при на­ложении шва плавлением на прямоугольный стержень и плоские пла­стины (рис. 171).

Рис. 171. Деформации, возникающие в пластинах при сварке плавлением:

а – деформации при наложении шва на стержень; б – деформации пластин

Наплавим на верхнюю кромку свободно лежащего на двух опорах стержня сварной шов (1). Вначале при частичной накладке шва стер­жень будет изгибаться выпуклостью вверх в результате нагрева ее верх­ней кромки (2). При дальнейшем наращивании длины наплавляемого шва изгиб стержня продолжается и стрела его прогиба достигает макси­мального значения (3). Наплавленный в шве металл постепенно осты­вает и сжимается, вследствие чего стержень начинает изгибаться в про­тивоположном направлении, т. е. выпуклостью вниз (4).

Когда шов будет закончен и наплавленный металл остынет, стер­жень полностью изогнется выпуклостью вниз и получит остаточную стрелу прогиба f другого знака (5).

При наплавке V-образного стыкового шва при соединении двух пла­стин в результате уменьшения объема наплавленного металла при осты­вании шва пластины деформируются в направлении А — А, Б — Б и В — Б (рис. 171, б). Усадка металла в направлении А — А происходит свободно, причем внутренние напряжения в металле образуются вследствие быстрого его нагрева и остывания.

Если пластины свариваются в свободном положении (не в приспо­соблении), то они после сварки будут иметь искаженную форму (рис. 171, б). Если пластины при сварке жестко закреплены в приспо­соблении, то они не деформируются, но в них возникают внутренние на­пряжения и могут появиться трещины.

Чтобы предупредить возникновение или уменьшить деформации и внутренние напряжения при сварке, применяют дополнительный нагрев свариваемого изделия и определенную последовательность сварки. При дополнительном нагреве изделия исключается резкое охлаждение ме­талла после сварки, снижается опасность образования трещин во время сварки и распределение внутренних напряжений по длине шва бывает более равномерным.

Применяют следующие способы нагрева: нагрев всего изделия в печи или части его горелкой перед сваркой, подогрев уже законченных участков шва во время сварки сварочной горелкой. Наиболее эффектив­ными из них являются нагрев готового изделия в целом после сварки (термическая обработка изделия) и предварительный нагрев изделия в печи перед сваркой.

Если изделие после сварки несмотря на принятые меры все же де­формировалось, то его следует выправить механическим путем в холод­ном или нагретом состоянии или путем наложения ложных швов, кото­рые деформируют изделие в направлении, противоположном деформа­циям, вызываемым сваркой.