г. Видное, Жуковский проезд, д. 10А, 3 подъезд, офис 11

Причины возникновения деформации и напряжений в сварке

Сварочные деформации возникают при сварке деталей и характеризуются изменением изначальной геометрической формы и размеров объекта. Подобные дефекты происходят из-за ряда определённых технологических нарушений, но могут быть своевременно предупреждены и в некоторых случаях даже устранены практически без последствий. Сварочные напряжения и деформации металла возникают при всех типах сварки и могут приводить к самым разным изменениям – разрушению, трещинам, краевым дефектам, полному изменению свойств детали. Для качественного выполнения работы важно понимать, как предупредить деформацию конструкции при сварке и какие есть способы исправления деформации после сварки металлов.

Деформация конструкций при сварке: причины возникновения напряжений

ДЕФОРМАЦИЯ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ СВАРКЕ: ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ

Рассмотрим, что является причиной возникновения деформации заготовок при сварке и от чего зависит величина деформации свариваемого металла. Важно понимать, что мы говорим об усреднённом понятии сварки, а в частных случаях будем отдельно оговаривать особенности возникающих дефектов.

В процессе сварки деформации возникает по следующим причинам:

  • Неравномерное нагревание металла или его прогрев с одной стороны. В процессе формирования шва важную роль играет работа с температурой и сторона, которую прогревают. Так как нагрев производится до жёлтой и белой точек плавления, то необходимо формировать шов равномерно и с разных сторон. 
  • Усадка при оплавлении или литье. При нагревании детали происходит расплавление краевой части самой детали, а также в межшовное пространство затекает жидкая часть расплава. При их остывании деталь может терять в размерах, принимая новые твёрдые формы, что и приводит к напряжению на местах стыка.
  • Остывание металла или детали при резком перепаде температур и давления. Слишком резкое охлаждение и перепады температур также приводят к напряжению и деформации металла при сварке. Из-за перепада изменяется внутреннее давление и показатели температуры по краям шва. Это приводит к разнице температур внутри и снаружи шва, а также в различных точках ванны и может способствовать деформации листа или детали при сварке. 

Также одна из причин возникновения напряжения и деформации деталей при сварке — это несоблюдение технологии сварки. Оно приводит к нарушению последовательности действий, изменению необходимых параметров и сокращению или увеличению рабочего цикла. Это, в свою очередь, может привести к образованию дефекта. 

Виды деформации сварочных швов

Классификация напряжений и видов деформации при сварке исходит из характерных последствий при соединении деталей. По этому критерию деформации разделяют на:

  • Продольные и поперечные. Возникают вдоль или поперёк плоскости сварки. Может возникать из-за резкого остывания, а также усадки двух деталей. Вследствие данного дефекта возникают краевые напряжения по плоскости вокруг шва и могут образовываться трещины или поры в ванне шва. Чаще всего возникает усадка, то есть, изменение геометрических размеров, но может происходить и продольная деформация изгибом, что приводит к появлению критических краевых напряжений и разрушению детали.  
  • Угловые. Характеризуется изменением угла наклона деталей между собой. Такой вид характерен для деталей, где присутствует соединение под углами, например, тавровая балка. Чаще всего причиной возникновения этого дефекта является перегрев, что и приводит к нарушению показателя угла. В результате в опорной части ванны шва возникают напряжения, что может грозить разрывом шва и разрушением детали.  
  • Деформация изгибом. Происходит из-за усадки или резкого остывания. Может являться следствием перегрева. Представляет собой дефект, при котором изменяется геометрическая плоскость поверхности и появляются характерные изгибания формы возле шва. Это полностью меняет геометрию детали, что усложняет её стыковку и дальнейшее применение. Также возникают сильные напряжения в швах, что может привести к разрушению детали. 
  • Коробление. Больше характерно для крупных плоских поверхностей типа лист. Представляет собой многоточечное изменение плоскости вспучиванием в отдельных местах. Основная причина – перегрев детали. Коробление опасно возникновением множественных мелких трещин и полным изменением плоскости, что усложняет дальнейшую работу с деталью.

Основных методов определения сварочных напряжений и деформации при сварке существует два:

  • Визуальный. Место шва осматривают после остывания и сравнивают с эталонными критериями. Могут производиться замеры геометрии и плотности соединения.    
  • Ультразвуковой. На место шва наносят специальный состав, который усиливает пропускаемый сигнал аппаратуры, и с помощью ультразвуковых волн рассматривают характер шва, определяя его целостность, геометрию и наличие дефектов.      

Возможно также применение рентгенографии, но подобные методы чаще используются на крупных производствах, где существует возможность правильной и безопасной организации данного способа контроля.

Предупреждение деформации при сварке

Как же предупредить деформации после сварки? Этот процесс производится до начала работ. Он включает в себя холодную проковку области шва, которую выполняют специальным валиком для уплотнения ванны и поверхности, где будет происходить процесс.

Вторым вариантом предупреждения является предварительная обратная деформация. Особенно характерно это для тонких листовых деталей. Их обрабатывают специальным молотком или роликом с наплавкой, вызывая упорядоченные деформации, которые будут растянуты в процессе сварки.

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СВАРКЕ

Устранение напряжения и деформации при сварке

После определения, чем вызываются напряжения и деформации при сварке, можно рассмотреть способы устранения деформации после сварки. Их существует несколько и возможно применять как один, так и все способы одновременно, согласно технологической карте.

Способы устранения деформации при сварке:

  • Проковка шва. Область шва куётся по горячему для уплотнения структуры. Это необходимо для ликвидации окислов в самой ванне, выявления внутренних дефектов. Технология успешно борется и с короблением детали.
  • Выравнивание деформации. При подготовке технологии сварки оператор прогнозирует места, где есть вероятность возникновения напряжений и варит детали в таком порядке, чтобы свети к минимуму это вероятность. Таким образом, деформации выравнивают сами себя.
  • Жёсткое крепление деталей. Для защиты от усадок и угловых деформаций необходимо тщательно и прочно крепить детали друг к другу, а также применять промежуточный материал внутри шва – палочки, части электрода, куски металла. При жёстком креплении взаимные движения в элементах будут сведены к минимуму, снизится вероятность деформации.  
  • Проведение термической обработки. После сварки проводят закалку и отпуск шва, в отдельных случаях прогрев области шва горелкой. Это приводит в порядок решётку вокруг места сварки и снижает напряжение.   

Остаточные напряжения и деформации при сварке

Остаточные деформации после сварки формируют области с критическими показателями нагрузки и могут приводить к разрушению деталей или снижению их возможностей. Возникают они из-за неправильного подбора методов предупреждения и исправления изначальных деформаций. 

При сохранении деформационных изменений в металле формируется новая решётка, полностью уплотняется и начинает взаимодействовать с другими блоками детали. При этом характер поведения детали уже отличается от изначального, что и может привести к порче или разрушению конструкции.

Важно определить наличие остаточных деформаций, для чего существуют методы, оговоренные выше. При выявлении таких напряжений проводится исследование на предмет возможности их удаления. 

Риск возникновения деформаций и напряжений в сварке присутствует при работе на любом виде сварочного оборудования, однако использование аппаратов лазерной сварки снижает риски возникновения различных дефектов благодаря технологическим особенностям работы лазерного луча и возможностям самого устройства – прежде всего, предустановленным режимам сварки различных металлов. Однако следует отметить, что квалификация сварщика позволяет более качественно эксплуатировать любое сварочное оборудование, а также справляться с нестандартными и сложными задачами на производстве. Компания «ИТЦ ЛазерТех» не только предлагает купить современные высококачественные аппараты ручной лазерной сварки LightWELD 1500 и модификации, но и проводит обучение для их более эффективного использования. Свяжитесь с нами, чтобы узнать больше о наших предложениях.

Контакты

Связаться с нами

Нажимая кнопку Отправить, я даю свое согласие на обработку персональных данных
ООО "ИТЦ Лазерных Технологий"
ИНН: 5003154008
Адрес: г. Видное, Жуковский проезд, д. 10А, 3 под., офис 11