В зоне с температурой более 600o температурные напряжения отсутствуют, поскольку здесь металл находится в пластическом состоянии. При этом более нагретые фибры получают от соседних, с ними связанных и менее нагретых фибр сжимающие воздействия, препятствующие развитию деформаций более нагретых фибр. В результате зона металла, разогретая до температуры выше 600o, получает усадку в виде остаточных деформаций.

Температурные напряжения являются уравновешенными. Этим условием (т.е. равенством нулю суммы напряжений и суммы моментов эпюры температурных напряжений) определяется положение прямой линейных деформаций изгиба полосы, характеризующей кривизну изгиба.

При остывании кривая свободных температурных деформаций падает и изменяется по форме, выравнивается, так как более нагретые области остывают быстрее; остывающие фибры полосы укорачиваются.

Наиболее интенсивно и вместе с тем наиболее длительно остывают больше всего разогретые области металла; при этом остывании они получают от связанных с ними соседних, менее нагретых и более жестких фибр воздествия, препятствующие их укорочению, т.е. возбуждающие в них растягивающие напряжения. Таким образом, укорачиванию наиболее нагретых фибр препятствуют смежные, менее нагретые и ранее остывшие области металла. В результате в остывшей полосе возникает новая эпюра сварочных, теперь уже остаточных напряжений с растянутыми волокнами в области наибольшего разогрева (рис. В). Полоса получает выгиб, обратный тому, который имелся в процессе нагрева, т.е. выпуклостью к стороне, не имеющей наплавленного валика.

Форма эпюры остаточных напряжений зависит от величины зоны пластических деформаций нагрева и ширины полосы и определяется уравновешенностью эпюры. При небольшой ширине зоны разогрева, т.е. при малом количестве вводимого тепла, что может иметь место при слабом токе или большой скорости сварки, интенсивность падения кривой температурных удлинений резко повышается (так как разность температур зоны разогрева всегда остается постоянной от температуры 1400o наплавленного валика до 600o у края зоны пластического состояния стали, а длина зоны разогрева уменьшается); поэтому основная масса металла разогревается слабо и оказывает резкое противодействие свободным удлинениям разогретой зоны. В результате возникают значительные пластические деформации нагрева, которые при остывании вызывают большие остаточные (усадочные) деформации и напряжения со стороны наплавленного валика.

При увеличении силы тока зона разогрева увеличивается: кривая температурных удлинений получается более пологой, что приводит к уменьшению пластических деформаций нагрева и в связи с этим к уменьшению пластических деформаций после остывания, а также растягивающих остаточных напряжений зоны разогрева. При сильном начальном разогреве растягивающие напряжения на кромке полосы могут перейти в сжимающие с одновременным уменьшением зоны растягивающих пластических напряжений (рис. Г).

Аналогично увеличению силы тока на изменение эпюры остаточных напряжений при постоянном режиме сварки влияет уменьшение ширины полосы, так как в более узкой полосе нагрев получается более равномерным. В более широких полосах остаточные напряжения увеличиваются.

При скоростных методах сварки (автоматическая и сварка методом глубокого проплавления) благодаря применению большой мощности тока разогрев полосы достигает значительной величины и временные температурные напряжения получаются небольшими, вследствие чего получаются небольшими и остаточные напряжения после остывания. В целях уменьшения остаточных напряжений в отдельных случаях целесообразно создавать искусственный разогрев средней части полосы, выравнивающей температурные деформации

Величину остаточных напряжений можно определить разрезкой остывшего изделия на полоски. При этом освобождаются усадочные напряжения и изменяется длина полосок; по приращению длины можно судить о напряжениях.

При сварке двух полос встык за один проход возникают как продольные, так и поперечные сварочные напряжения. Эпюра продольных напряжений как бы складывается из двух эпюр, получаемых при наплавке валика на кромку ("Сварочные напряжения при сварке встык", рис. А); во время нагрева возникают значительные пластические деформации, в соответствии с чем после остывания около шва появляются большие области растягивающих напряжений. На свободных кромках полос напряжения будут сжимающими.

Поперечные напряжения возникают, во-первых, от неодновременного наложения шва по длине и, во-вторых, от стремления изогнутых после

сварки полос выпрямиться.

В процессе наложения шва остывающий металл производит на ранее наплавленную часть воздействия внецентренного сжатия, а сам подвергается стягиванию последующим наплавленным металлом ("Сварочные напряжения при сварке встык", эпюра на рис. Б). Свариваемые встык полосы изгибаются при сварке выпуклостью внутрь (рис. слева); при остывании полосы стремиться разогнуться и принять форму выпуклостью наружу, отчего возникают поперечные напряжения: растягивающие - в средней части шва и сжимающие - по краям ("Сварочные напряжения при сварке встык", рис. В).

Результирующая эпюра поперечных напряжений ("Сварочные напряжения при сварке встык", рис. Г) получается, следовательно, от сложения двух указанных эпюр, причем характер ее большей частью следует второй эпюре. В средней части стыкового шва возникает поле продольных и поперечных растягивающих напряжений, затрудняющих развитие пластических деформаций и повышающих возможности хрупкого разрушения (появление трещин).

Высокие значения поперечных напряжений можно значительно снизить, прибегая к так называемому обратно-ступенчатому способу сварки ("Сварочные напряжения при сварке встык", рис. Д). При этом способе шов накладывается отдельными участками и притом так, что направление сварки на каждом участке идет в направлении, обратном общему направлению наложения шва. При этом каждый новый участок заканчивается у застывшего металла начальной части предыдущего участка и, стягивая его, снижает возникшие ранее растягивающие напряжения.

В угловом шве также получаются поперечные усадочные напряжения, так как жесткость соединяемых деталей препятствует свободному сокращению шва в процессе охлаждения. Внутрення часть шва при этом растягивается, а поверхностный слой, остывающий ранее внутренних слоев, оказывается сжатым (рис. А).

В многослойном угловом или стыковом шве (рис. Б) каждый последующий слой при своем остывании сжимает предыдущий, отчего усадочные напряжения резко снижаются.

Следствием усадочных напряжений является поперечное искривление (коробление) свариваемых деталей.

При сварке двух полос в тавр эпюра продольных напряжений получается по аналогии с наплавкой валика на кромку. Эти продольные напряжения вызывают коробление детали (рис. А).

При двустороннем одновременном наложении продольных швов двутаврового сечения получается симметричная эпюра, не дающая искривлений по продольной оси элемента. При последовательном наложении второй валик только в некоторой степени уменьшает искривления, полученные в результате наложения первого валика (рис. Б).

При сварке закрепленных деталей в шве и деталях развиваются неуравновешенные, реактивные растягивающие напряжения (вследствие сопротивления закреплений сокращению шва). Эти напряжения, особенно при малых расстояниях между закреплениями, могут достигнуть предела прочности и привести к разрушению соединения. При неудачной своей ориентации они совместно с основными напряжениями могут перевести металл в хрупкое состояние. Такие напряжения весьма опасны, и их нужно всячески избегать, сваривая детали при максимальной свободе их деформаций.

Борьба со сварочными напряжениями и деформациями должна вестись путем рационального проектирования стальных конструкций и правильного метода их изготовления. Следует помнить, что излишнее количество наплавленного металла в конструкции увеличивает сварочные напряжения.

В результате структурных и температурных напряжений в сврном изделии могут появиться трещины. Трещины делятся на горячие и холодные. Горячие трещины образуются при остывании (кристаллизации) металла шва и являются следствием малой пластичности застывающего металла и больших напряжений, которые испытывает застывающий металл от соседних очагов кристаллизации. Во избежание появления горячих трещин необходимы более медленное остывание и соответствующее легирование металла.

Холодные трещины могут быть структурными и температурными. Структурные трещины появляются при температуре распада аустенита, при котором объем тела, несмотря на остывание, увеличивается. На границе распада аустенита, когда в одних фибрах объем увеличивается, а в соседних, более холодных или горячих - в соответствии с остыванием металла, уменьшается, возникают большие структурные напряжения, которые могут привести к трещинам. Поэтому рекомендуется более равномерное остывание (подогрев) и повышение пластичности стали путем соответствующего легирования.

Температурные холодные трещины могут появиться и после сварки при эксплуатации сооружения. Основной причиной их обычно являются не провары, не плотности, небольшие трещины, особенно если они располагаются перпендикулярно направлению действия сил или в однозначном поле усадочных напряжений. При понижении температуры и сокращении объема металла эти не плотности увеличиваются и превращаются в трещины. Трещина может появиться и от удара, так как напряженное состояние на поверхности не плотности устойчиво. Мерами борьбы являются качественная сварка и качественная конструкция, не имеющая больших усадочных напряжений.

7. Дефекты и контроль качества шва

Классификация дефектов В процессе образования сварного соединения в металле шва в зоне термического влияния могут возникать дефекты, т. е. отклонения от установленных норм и требований, приводящие к снижению прочности, эксплуатационной надежности, точности, а также ухудшению внешнего вида изделии. Дефекты сварных соединений различают по причинам возникновения и месту их расположения. В зависимости от причин возникновения их можно разделить на две группы. К первой группе относятся дефекты, связанные с металлургическими и тепловыми явлениями, происходящими в процессе образования, формирования и кристаллизации сварочной ванны и остывания сварного соединения: горячие и холодный трещины в металле шва и околошовной зоне, поры, шлаковые включения, неблагоприятные изменения свойств металла шва и зоны термического влияния. Ко второй группе дефектов, которые называют дефектами формирования швов, относят дефекты, происхождение которых связано в основном с нарушением режима сварки, неправильной подготовкой и сборкой элементов конструкции под сварку, неисправностью оборудования, небрежностью и низкой квалификацией сварщика и другими нарушениями технологического процесса. К дефектам этой группы относятся несоответствие швов расчетным размерам, непровары, подрезы, прожоги, наплывы, незаваренныс кратеры и др. Дефекты сварных швов являются следствием неправильного выбора ити нарушения технологического процесса, применения некачественных сварочных материалов и низкой квалификации сварщика. Виды дефектов в сварных соединениях:наплыв; подрез; непровар; наружные трещины и поры; внутренние трещины и поры; внутренний непровар; шлаковые включения Дефекты подразделяются на внешние и внутренние. К внешним относятся: нарушение установленных размеров и формы шва, непровар, подрез зоны сплавления, поверхностное окисление, прожог, наплыв, поверхностные поры, незаваренные кратеры и трещины на поверхности шва. К внутренним дефектам относятся следующие: внутренние поры, неметаллические включения, непровар и внутренние трещины. Нарушение установленных размеров и формы шва выражается в неполномерности ширины и высоты шва, в чрезмерном усилении и резких переходах от основного металла к наплавленному. Эти дефекты при ручной сварке являются результатом низкой квалификации сварщика, плохой подготовки свариваемых кромок, неправильного выбора сварочного тока, низкого качества сборки под сварку. Дефекты формы шва могут быть и следствием колебания напряжения в сети.

При автоматической сварке нарушения формы и размеров шва являются следствием неправильной разделки шва или нарушения режима в процессе сварки скорости сварки, скорости подачи электродной проволоки, сварочного тока. Непровар (местное несплавление свариваемых кромок основного и наплавленного металла) следствие низкой квалификации сварщика, некачественной подготовки свариваемых кромок (малый угол скоса, отсутствие зазора, большое притупление), смещения электрода к одной из кромок, быстрого перемещения электрода по шву. Подрез зоны (узкие углубления в основном металле вдоль края сварного шва) образуется при сварке большим током или удлиненной дугой, при завышенной мощности горелки, неправильном положении электрода или горелки и присадочного прутка Поверхностное окисление окисление металла шва и прилегающего к нему основного металла- Причины; сильно окисляющая среда, большая длина дуги, чрезмерно большая мощность сварочной горелки или слишком большой сварочный ток. замедленное перемещение электрода или горелки вдоль шва. Прожог сквозное отверстие в сварном шве. Основные причины прожога: большой сварочный ток, завышенная мощность сварочной горелки, малая толщина основного металла, малое притупление свариваемых кромок и неравномерный зазор между ними по длине. Наплывы результат натекания наплавленного металла на непрогретую поверхность основного металла или ранее выполненного валика без сплавления с ним. Такие дефекты могут быть при низкой квалификации сварщика, недоброкачественных электродах и несоответствии скорости сварки и сварочного тока разделке шва. Поверхностные и внутренние поры возникают вследствие попадания в металл шва газов (водород, азот, углекислый газ и др.), образовавшихся при сварке. Водород образуется из влаги, масла и компонентов покрытия электродов. Азот в металл шва попадает из атмосферного воздуха при недостаточно качественной защите расплавленного металла шва. Оксид углерода образуется в процессе сварки стали при выгорании углерода, содержащегося в металле. Если свариваемая сталь и электроды имеют повышенное содержание углерода, то при недостатке в сварочной ванне раскислителей и при большой скорости сварки оксид углерода не успевает выделиться и остается в металле шва. Таким образом, пористость является результатом плохой подготовки свариваемых кромок (загрязненность, ржавчина, замасленность), применения электродов с сырым покрытием, влажного флюса, недостатка раскислителей, больших скоростей сварки. Неметаллические включения образуются при сварке малым сварочным током, при применении недоброкачественных электродов, сварочной проволоки, флюса, загрязненных кромок и плохой очистке шва от шлака при многослой ной сварке. При неправильно выбранном режиме сварки шлаки и оксиды не успевают всплыть на поверхность и остаются в металле шва в виде неметаллических включений. Трещины, наружные и внутренние, являются опасными и недопустимыми дефект.-чли сварных швов. Они образуются вследствие напряжении, возникающих в металле от его неравномерного нагрева, охлаждения и усадки. Высокоуглеродистые и легированные стали после сварки при охлаждении закаливаются, в результате чего могут образоваться трещины. Причина возникновения трещин повышенное содержание в стали вредных примесей (серы и фосфора). Методы устранения дефектов сварных швов Неполномерность швов устраняется наплавкой дополнительного слоя металла. При этом наплавляемую поверхность необходимо тщательно очистить до металлического блеска абразивным инструментом или металлической щеткой. Чрезмерное усиление шва устраняют с помощью абразивного инструмента или пневматического зубила. Непровар, кратеры, пористость и неметаллические включения устраняют путем вырубки пневматическим зубилом или расчистки абразивным инструментом всего дефектного участка с последующей заваркой. Часто применяют выплавку дефектного участка резаком поверхностной кислородной или воздушно-дуговой резки. Подрезы заваривают тонкими валиковыми швами. Наплывы устраняются обработкой абразивным инструментом или с помощью пневматического зубила. Наружные трещины устраняются разделкой и последующей заваркой. Для предупреждения распространения трещины по концам ее сверлят отверстия. Разделку трещины выполняют зубилом или резаком. Кромки разделки зачищают от шлака, брызг металла, окалины и заваривают. Швы с внутренними трешинами вырубают и заваривают заново. При наличии сетки трещин дефектный участок вырезают и взамен сваркой накладывают заплату. Способы контроля сварных соединений Сварные соединения считают качественными, если они не имеют недопустимых дефектов и их свойства удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ним в соответствии с условиями эксплуатации сварного узла или конструкции. Качество сварных соединений контролируют следующими видами контроля: предварительным, в процессе которого выполняют проверку качества исходных материалов (свариваемого металла и сварочных материалов), контроль подготовки деталей под сварку и сборку узлов, а также состояния оснастки, сварочного оборудования и приборов, квалификации сборщиков и сварщиков; на стадии предварительного контроля выполняют испытания на свариваемость, включающие в себя механические испытания, металлографические исследования сварных соединений и испытания на сопротивляемость образованию горячих и холодных трещин; текущим (в процессе выполнения сварочных работ), предусматривающим проверку соблюдения технологии сварки, зачистки промежуточных швов, заварку кратеров и т. д.; окончательным контролем готовых сварных конструкций, который проводится в соответствии с требованиями, предъявляемыми к изделию.

8. Нормирование сварочных материалов

Для замены фальшборта было израсходовано следующие количество материалов:

Ст 3 лист б4 2000х1100=2,2м2

Уголок <120x60+5-4,2п/м

Полособульб Р №12-2,5 п/м

Количество сварных швов.

б4 с двух сторон 2 п/м

верт 5 угловой с двух сторон 4п/м

низ 5-2 п/м

9. Охрана труда

При сварке сварщик должен соблюдать технику безопасности. У него должен быть щиток с целым светофильтром, который предохраняет от ожога и кожи лица. Должна быть спецодежда из брезента со специальной пропиткой, ботинки, рукавицы, шапка. Спецодежда должна быть одета таким образом, чтобы штаны оказались поверх ботинок, а рукава поверх рукавиц.

При сварке в закрытом помещении должна быть вентиляция, а там где ее нет сварщик должен надеть респиратор, чтобы не получить отравление.

При сварке в трюмах парохода, всегда должен быть обеспечивающий на случай несчастного случая.

При сварке на улице у сварщика должно быть разрешение пожарных служб на сварку.

Страницы: 1, 2, 3