Файл: Сагалевич, В. М. Методы устранения сварочных деформаций и напряжений.pdf

ные материалы из стали мартенситного класса часто несовершенные и по ряду показателен не могут быть использованы для сварки большей части конструкций.

Основное внимание следует уделять максимальному использованию возможностей самого сварочного про­ цесса, а затем послесварочпым методам обработки.

УСТРАНЕНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ В ТОЧЕЧНЫХ И РОЛИКОВЫХ ШВАХ

Термомеханические процессы, приводящие к образо­ ванию сварочных деформаций и напряжений при точеч­ ной и роликовой сварке, включают ряд сложных явле­ ний, не имеющих достаточно удовлетворительного мате­ матического описания [1, 11,23].

Анализ причин возникновения деформаций при точеч­ ной и роликовой сварке позволяет разделить их на две группы: 1 ) деформации, возникающие вследствие термо­ механического цикла сварки, или так называемые сва­ рочные деформации; 2 ) деформации, возникающие вследствие контакта оборудования со свариваемыми деталями и наличия внешних связей у последних,— технологические деформации.

Сварочные деформации связаны не только с термомеханическим циклом, но и с фазовыми превращениями в свариваемом материале. В связи с этим характер деформации может существенно отличаться при сварке материалов разных классов. В отличие от аустенитных

в мартенситных сталях на распределение остаточных напряжений оказывает влияние увеличение объема ме­ талла за счет распада аустенита при низкой темпера­ туре. Это приводит к удлинению зоны шва с образова­ нием остаточных напряжений сжатия (рис. 97, б) и по­ перечных деформаций удлинения (рис. 97, в).

Как показывают исследования, на величину дефор­ маций при контактной роликовой сварке существенное влияние оказывают параметры режима сварки: длитель­

208

роликами зоны растягивающих напряжений. Режимы прокатки, как показывает опыт, мало отличаются от рекомендованных для соединений, выполненных сваркой плавлением.

Х18Н9Т (а) и ХІ5Н5Д2Т (б)

ХІ5Н5Д2Т

При точечной сварке наряду с участками укорочения (в зоне точки па стали Х18Н9Т) имеются участки (между точками), длина которых после сварки стано­ вится больше. При сварке мартенситных сталей харак­ тер деформаций, как правило, прямо противоположный (рис. 99). Несмотря на то, что знаки деформаций в зоне точки и между точками в обоих случаях противоположны, общее изменение длины, в особенности деталей нежест-

209

кііх, может достигать сравнительно больших значений вследствие деформаций в зоне шва. Поперечные дефор­

ляется действенным средством их снижения. По приве­ денным на рис. 1 0 0 , а данным снижение деформаций-за

а>

210

счет ужесточения режимов (при постоянном усилии на электродах) возможно в 1,2—1,9 раза. Вдвое больший эффект может быть достигнут увеличением усилия сжа­ тия электродов. При этом возможно снижение деформа­ ций в 2,2—4,2 раза.

fuc. 100. Зависимость остаточных деформации AI на образцах из стали Х18Н9Т (ширина 20 мм):

Дальнейшее снижение деформаций возможно при применении ковочного усилия. Остаточные сварочные деформации на сталях типа Х18Н9Т могут быть за счет проковки не только снижены, но практически устранены. Эффект проковки тем выше (рис. 1 0 0 , 6 ), чем меньше усилие сжатия электродов при сварке. Наибольшее сни­ жение сварочных деформаций достигается при включе­ нии проковки в момент окончания импульса сварочного тока.

Снижение деформаций за счет проковки по сравне­ нию с другими способами во многом более технологично, так как не нарушает нормальных режимов сварки и требует меньших затрат электроэнергии; кроме того, требуемый эффект достигается непосредственно между электродами сварочной машины без дополнительных операций. Применение проковки вызывает ряд вопросов, связанных со стойкостью электродов, возможностями сварочного оборудования, влиянием проковки на проч­

211

ность точечных соединений. Необходимо отметить, что проковка не снижает прочности соединений при стати­ ческом нагружении, а в случае усталостных нагрузок существенно (на 35—120%) ее повышает.

Усадка или расширение при контактной сварке в большинстве случаев оказывает преимущественное влия­ ние в конструкциях, требующих сварки по замкнутому контуру, где возможно образование хлопунов или на­ тяга ввариваемой детали в зависимости от жесткости контура и типа свариваемого материала. Вследствие деформаций возможно изменение формы контура, а при малой толщине металла — местная потеря устойчивости листа. Однако наибольшее значение в конструкциях имеют остаточные деформации, возникающие вследствие крутящих и изгибающих моментов, вызываемых оста­ точными напряжениями, не уравновешенными относи­ тельно нейтральной оси. Это вызывает изгиб или скру­ чивание сварного узла, иногда оба явления одновре­ менно. На узлах типа панелей (обшивка с элементами жесткости) такие деформации часто создают наиболее трудно исправимый дефект — диагональную закрутку (восьмерку).

Устранение пли снижение изгибов и скручиваний только за счет уменьшения сварочных деформаций далеко не всегда дает желаемый результат. Опыт сварки стали Х15Н5Д2Т показал, что даже при минимальных сварочных деформациях, свойственных этому металлу, общие деформации узла могут быть весьма значитель­ ными. На стали Х15Н5Д2Т, у которой предел текучести близок к пределу прочности и правка крайне затрудни­ тельна, это недопустимо. Причиной деформаций узла в этом случае являются упомянутые выше технологиче­ ские деформации. Технологические деформации, взаимо­ действуя со сварочными, могут уменьшить или увели­ чить общие деформации конструкции. Следовательно, возможны случаи, когда меры, принятые для снижения деформаций одного из этих типов, могут дать конечный результат, прямо противоположный ожидаемому. Техно­ логические деформации играют большую роль в общей деформации сварных узлов и требуют отдельного рас­ смотрения.

Технологические деформации связаны с несовершен­ ством оборудования, приспособлений и сборки. При контактной сварке на свариваемых деталях имеются

212

внешние связи, так как детали зажаты электродами и их правильная подача в машину осуществляется опе­ ратором с помощью различных поддерживающих, на­ правляющих или выравнивающих устройств (иногда работа ведется и без применения таких устройств). Таким образом, приложение внешних усилий к свари­ ваемым деталям в процессе сварки практически неиз­ бежно. Это, как правило, приводит к деформациям за счет неточной установки электродов (роликов) и их не­ одинаковой рабочей поверхности, за счет изгиба вследст­ вие неточного направления свариваемых деталей в ма­ шину. Эти общеизвестные явления практически неиз­ бежны, хотя и могут быть сведены к минимуму при точ­ ной установке электродов, хорошо выверенной оснастке

идр.

Всварных узлах с длинными швами и тысячами или

десятками тысяч точек, выполняемых преимущественно точечно-роликовой сваркой, даже незначительные не­ точности накапливаются и могут иметь большое значе­ ние, особенно R жестких конструкциях из высокопрочных материалов, почти не допускающих правки. Наилучший результат по устранению технологических деформаций, вызванных этими неточностями, обеспечивается при таком порядке сварки, при котором их действие не накапливается, а взаимно уничтожается. Например, при сварке панелей это достигается наложением в опреде­ ленном порядке половины швов в одном направлении, а другой половины — в противоположном. При этом после сварки в одном направлении панель несколько изгибается, а по окончании сварки деформации прак­ тически устраняются.

Установлено, что до включения тока относительного смещения электродов нет (А = Б ). При интенсивном нагреве коэффициент трения в контакте деталь—деталь снижается, и происходит относительный сдвиг, вследст­ вие которого свариваемые детали изгибаются. Данные

стоянным. Несмотря на это, с увеличением силы тока, продолжительности его включения и усилия растут деформации — прогиб увеличивается.

Убедительного объяснения полученных зависимостей

213