Вы все точно измерили, выставили углы и сварили конструкцию, а после остывания металл искривился? Такое случается даже у опытных специалистов. Чтобы предупредить коробление металла, необходимо знать, как и почему оно происходит. Разберем причины перекосов сварных металлоконструкций, основные технологические ошибки при сварке и методы их недопущения.
Что происходит с изделием при сварке?
Термообработка провоцирует температурное расширение, а затем сжатие сплавов. Во время сварки металл нагревается неравномерно: большая часть детали остается несущественно теплой или холодной. Зона сварочного соединения раскаляется до +1200-1500°C. Ключевые моменты:
- Изначально холодные участки «мешают» свободному расширению нагревающегося металла. Из-за этого в нем появляются внутренние напряжения.
- Когда металлоизделие остывает, происходит усадка. Накопившиеся остаточные напряжения преобразуются в сварочные деформации — коробления, прочие нарушения геометрии конструкции. Остывающий шов тянет за собой соединенные края элементов.
Термообработка изменяет свойства материала. Возможно уменьшение противокоррозионных способностей из-за выгорания хрома, иных легирующих компонентов, снижение пластичности из-за поглощения металлом избытка сварочных газов. Быстрое остужение может привести к повышению твердости сплава из-за формирования мелкозернистой структуры.
Какие бывают сварочные деформации и что к ним приводит?
Каждый тип искривления сварных конструкций имеет свои причины возникновения, характерные особенности. Зная, что привело к корпусному искажению металлоизделия, можно избежать ошибок при будущей сварке.
Прогнозирование типа, масштабов деформаций дает возможность установить верную силу тока сварочного аппарата, определить оптимальную скорость сварки. А также подобрать превентивные и компенсационные меры.
Как минимизировать нарушения?
Чтобы материал не «повело» после охлаждения или искривления были минимально возможными, необходим его предварительный прогрев. Термообработка уменьшит разницу температур, снизит скорость остужения шва. Температура прогрева зависит от типа сплава. Например, тонколистовую (до 30 мм) низколегированную сталь рекомендовано прогревать до +150-200°C, низкоуглеродистую (до 0.25% углерода) — до +100-150°C.
Для недопущения дополнительных напряжений прогрев должен быть равномерный. Выполнять его можно индукционно с помощью электронагревателей, газовых горелок.
Верный ход сварочных работ
Безошибочное выполнение швов дает возможность распределять напряжения. Главные цели — обеспечение наибольшей свободы усадки, уравновешивание усадочных напряжений. Возможные решения:
- Симметричная сварка. Если в металлоконструкции должно быть несколько соединений, создавать их нужно симметрично нейтральной оси сечения. Пример: швы, которые будут объединять стенки двутавра с его полками, необходимо формировать с одной и другой стороны попеременно;
- Работа от центра к кромкам. Если металлоизделия прочно закреплены на концах, процесс следует начинать от середины длины соединения. Для свободной усадки сплава шов должен вестись в обоих направлениях одновременно;
- Обратноступенчатая сварка. Решение для выполнения длинных соединений. Длина разбивается на зоны 100-300 мм. Сварка отдельных участков идет в сторону, обратную общему направлению сваривания.
До начала работ можно осуществить обратный выгиб металлоконструкции. Изогнуть элементы необходимо в сторону, противоположную предполагаемому направлению деформации. После остужения металлоизделия усадочные силы устранят выгиб. Сторону и выраженность предварительного изгиба требуется подбирать опытным путем.
Другой технологический способ — жесткий каркас. Соединяемые элементы нужно зафиксировать в тисках, ином приспособлении до полного остужения металлоизделия. Решение оптимально для листового металлопроката, предупреждения коробления, угловых деформаций.
При работе с толстостенными, толстолистовыми металлами, жаропрочными сплавами эффективна поковка при +400-700°C. Остывающее соединение необходимо простукивать молотком 0.5-1 кг. Ударное воздействие уплотнит материал, уменьшит растягивающие усилия.
Что делать, если геометрия уже нарушена?
Можно провести холодную правку, термоправку. Выбор метода зависит от типа и величины перекоса, пластичности сплава.
Термическая правка
При термообработке растянутые зоны нагреваются для возникновения деформации сжатия. После остужения металлоконструкции сжатие нагретого участка выпрямляет ее. Процесс:
- Изделие разогревают до +600-650°C, например, в печи. Одновременно прикладывают усилия, приводящие к обратной деформации;
- После выдержки конструкцию медленно охлаждают.
Термообработка предназначена для металлопродукции сложной конфигурации, массивного проката. При работе с изделиями из высокопрочных сплавов, толстолистовыми деталями можно выбрать локальный нагрев или термомеханический метод. Последний позволяет снизить усилие механического выправления путем местного прогрева объекта.
Холодная правка
Работы выполняются без дополнительных тепловложений. В сжатых зонах деформированного материала динамическими или статическими воздействиями формируются усилия растяжения. Способы:
- Поковка шва. Удары молотком производятся со скоростью 60-120 уд/мин. Для повышения эффективности остывшее соединение можно нагреть до +200-300°C;
- Механическая правка. Метод используется для удавления изгибающих деформаций с длинного, листового, балочного металлопроката. Применяются правильные вальцы, прессы.
Любая правка требует контроля усилия. Иначе на участках воздействия могут возникнуть трещины, иные разрушения. Пример: рекомендуемое усилие для стальных металлоизделий до 150-300 МПа в зависимости от типа сплава. Холодное выправление полностью исключено для металлов, склонных к закалочным структурам.
Часто задаваемые вопросы
Какие ошибки при сварочных работах оборачиваются искривлением металла?
Слишком низкая скорость, чрезмерно высокие токи. Чем больше тепловложений в металлоконструкцию, тем сильнее деформация.
Обязательна ли фиксация объекта при сварке?
Да. Но нужно учитывать, что слабое закрепление приведет к «съезжанию» кромок при нагреве. Слишком жесткое крепление — к напряжению всего металлоизделия.
Какие основные меры борьбы с термической деформацией?
Использование тонких электродов, сварочных проволок. Работа короткой дугой, на импульсном режиме. Высокая скорость перемещения, умеренный или низкий ток.
Что такое прихватки в сварке?
Короткие швы, которые создают перед основными соединениями. С ними снижают остаточные деформации, предупреждают смещения элементов.