Каждый сварщик должен уметь не только накладывать прочные швы, но и предвидеть их влияние на конструкцию. Дело в том, что во время работы зона сварки нагревается до 3000⁰ C, тогда как остальная часть остается относительно холодной. Такие температурные колебания могут привести к деформации детали и выбраковки всего изделия.
В нашей сегодняшней статье мы рассмотрим основные виды деформаций, покажем от чего они возникают и как с ними бороться.
Что такое напряжение металла и деформации?
Напряжение в металлоконструкции – это механическое воздействие, которое образуется в зоне наложения сварочного шва и влияющее на геометрическую целостность конструкции. Различают несколько основных видов напряжений:
- растягивающее;
- сжимающее;
- изгибающее;
- выкручивающее.
Сама же деформация – это изменение геометрической формы конструкции, которая возникает из-за влияния внутренних напряжений или изменения структуры металла. Она может возникнуть сразу или проявиться после остывания металла.
Самый простой пример деформаций можно наблюдать, если соединить два листа металла сплошным швом: после сварки они начинают изгибаться, принимая V-образную форму.
Почему возникают напряжения и деформации при сварке?
Внутренние напряжения в металле возникают в результате локального нагрева и, как следствие расширения. По окончании сварки металл охлаждается и сжимается, увлекая за собой остальные части конструкции, вызывая тем самым их деформацию.
Во время сварки в соединяемых металлах могут происходить структурные изменения, когда от долгого нагрева металл закаливается и изменяет свою плотность. В результате происходит воздействие на соседние участки, вызывая трещины в сварочном шве.
Еще деформации могут возникнуть при соединении изделий из разных металлов, например, углеродистой и легированной стали. Это происходит потому, что каждое изделие имеет свой коэффициент линейного расширения и при остывании одна деталь неизбежно потянет за собой другую.
Кроме того, деформация может быть вызвана:
- резким охлаждением конструкции. Необходимость быстрого продолжения работы приводит к тому, что сварщики опускают соединенные изделия в емкость с водой или просто поливают для более быстрого остывания;
- неправильным выбором зазоров. Перед началом работ важно правильно рассчитать нужные допуски, которые компенсируют расширение металла при нагреве;
- ошибками при подготовке. Сварка с неправильным зазором или без снятия фаски, когда это необходимо, приводит не только к потере прочности, но и к деформациям получаемого соединения;
- неправильно выбранным режимом сварки. Слишком высокая сила тока или неправильно подобранный диаметр электрода неизбежно приводят к перегреву деталей и искажению параметров конструкции;
- нарушение последовательности наложения швов. Накладывая короткие швы в разных местах можно снизить вероятность деформации конструкции. Несоблюдение технологии сварки неизбежно приведет к деформации конструкции.
Как классифицируют деформации?
Деформации классифицируют в зависимости от:
- причин образования. Такие деформации условно делят на тепловые, связанные с воздействием высоких температур и структурные, изменяющие кристаллическую решетку металла;
- места появления. Такой вид деформаций может быть локальным (проявляется на небольшом участке шва) или действовать на всей длине шва;
- направления деформации. В зависимости от этого, деформации могут быть линейными, плоскими и объемными;
- периода возникновения. Такие деформации могут быть временными (возникают в процессе сварки и исчезают по мере остывания металла) и остаточными (остается даже после полного охлаждения конструкции).
Как предотвратить проявление деформаций?
Предотвратить появление деформаций можно еще на этапе сборки конструкции, оставив необходимые тепловые зазоры для расширения металла.
Допустим сварщику нужно изготовить калитку, внутреннюю часть которой нужно соединить перемычками длиной 500 мм. Чтобы конструкцию не повело, перед началом работ нужно установить расстояние между стойками 503 мм, которое позволит компенсировать тепловое расширение металла.
Кроме того, можно воспользоваться другими приемами, которые рекомендуют опытные сварщики:
- установить временные прихватки, которые будут сопротивляться возникающим стягивающим силам;
- разделить длинные швы на более короткие;
- сваривать детали обратноступенчатым методом;
- соединять соседние параллельные швы в разных направлениях;
- сократить количество проходов, если есть такая возможность;
- использовать медные подложки для отвода тепла при работе с тонкими деталями;
- в случае двухсторонней сварки, накладывать швы переменно с каждой стороны.
Как бороться с остаточными напряжениями и деформациями?
Наиболее эффективным способом борьбы с остаточными деформациями является отжиг. Для этого соединенные детали помещают в специальную печь, где нагревают до температуры 550-680⁰ C и выдерживают несколько часов, после чего дают медленно остыть. Несмотря на свою эффективность, такой метод занимает много времени и требует использования дорогостоящего и громоздкого оборудования, поэтому его применяют только на крупных предприятиях.
Аналогичным, и более бюджетным способом является использование газовой горелки или ручного резака, с помощью которых соединенные детали локально нагревают и выравнивают под прессом или с помощью молотков и киянок.
Более подробно о методах борьбы с деформациями при сварке можно прочесть на сайте www.svarbi.ru.