Способы уменьшения остаточных напряжений и деформаций

Сварка, как и другие процессы обработки ме­таллов (штамповка, литье, термическая обработка), вы­зывает возникновение в изделиях собственных напряже­ний. Собственными напряжениями называются напря­жения, которые существуют в изделии без приложения внешних сил. Поэтому в самый начальный период созда­ния сварных конструкций, при их проектировании, не­обходимо считаться с возможностью появления в них значительных остаточных деформаций и напряжений, которые могут изменить проектные формы и размеры. В тех случаях, когда изменение размеров конструкции выходит за пределы допустимых, приходится применять специаль­ные меры по предотвращению или уменьшению остаточ­ных сварочных деформаций и напряжений

При высокочастотной сварке труб вследствие неравномерного нагрева и распределения тепла возникают внутренние напряжения, сопровождаемые деформацией. Интенсивное охлаждение сварного соединения приводит к сужению участка действия температур, вызывающих пластические деформации при сварке, и тем самым к понижению остаточных деформаций и напряжений. Это положение иллюстрируется кривыми распределения температур по оси Y. Характер распределения температур при искусственном охлаждении стыкового шва водой во время сварки показан на рисунке 2.3. (кривая 1). По кривой видно, что при интенсивном охлаждении участок пластической деформации соединения значительно уменьшается по сравнению с участком пластических деформаций соединения, выполненного без охлаждения (кривая 2) [1,стр.196].

Рисунок 3. Распределение температуры и размеры участков пластической деформации при искусственном охлаждении и без охлаждения.

Искусственное охлаждение для уменьшения остаточных деформаций может быть применено только при сварке низкоуглеродистых незакаливающихся ста­лей. При сварке закаливающихся сталей применение искусственного охлаждения для уменьшения остаточных деформаций недопустимо.

Подогрев(общий, а иногда местный) применяют для предотвращения напряжений и последующих деформа­ций при сварке. Подогрев снижает неравномерность распределения температур и тем самым может умень­шить или совершенно устранить действие основного фактора, вызывающего сварочные напряжения и дефор­мации.

При сварке изделий из высокопластичных материалов, как, например, низкоуглеродистой или низколегированной стали, в обычных условиях применять подогрев для умень­шения местных пластических деформаций в зоне шва нет никакой необходимости.

Наиболее эффективным способом полного снятия напряжения является термическая обработка. Для снятия напряжений назначается высокий отпуск. При такой термической обработке сварочные напряжения снимаются за счёт того, что при нагреве предел текучести материала сильно падает и при Т=600°С близок к нулю; поэтому материал не оказывает сопротивление пластич еским деформациям, благодаря чему внутренние остаточные напряжения исчезают.

При сварке труб напряжения, возникающие в зоне шва, приводят к изгибу трубы (серповидность). Когда деформации выходят за пределы допустимых, возникает необходимость их исправления правкой. Сварочные деформации можно устранить механической правкой, которая заключается в растяжении сжатых участков деформированной трубы. Для устранения такого типа деформаций служит правильная косовалковая машина. Правка труб осуществляется знакопеременным изгибом, который получают за счёт смещения средней пары валков относительно двух опорных валков в сочетании со знакопеременным сплющиванием. Величина смещения средней пары валков должна быть такой, чтобы не приводила к искривлению прямых участков труб.