Технология выполнения основных операций сборки и сварки металлоконструкций. Напряжения и деформации при сварке и их устранение.

В процессе сварки под действием неравномерного нагрева основного металла, усадки металла шва и структурных изменений в конструкциях возникают внутренние напряжения, вызывающие их деформации. Внутренние напряжения часто вызывают коробление конструкций, создают выпучины, искривления, а в листовых конструкциях вызывают волнистость листов. Так, усадка металла шва приводит к возникновению растягивающих напряжений в соседних участках конструкции. Усадку измеряют в процентах от первоначального линейного размера, и для различных металлов она различна: малоуглеродистая сталь 2,0; серый чугун 0,7 —0,8; алюминий 1,7 —1,8; медь 2,1; латунь 2,06; бронза 1,45 —1,6.

Возникающие при сварке деформации в значительной степени изучены и могут быть предотвращены или уменьшены путем соблюдения определенных требований.

Эти требования, в основном, заключаются в следующем:

1. для создания взаимно уравновешенных деформаций при сварке необходимо применять двухстороннюю сварку, Х - образную разделку кромок и автоматическую сварку под флюсом без скоса кромок;
2. при сварке необходимо закреплять свариваемые элементы путем прихватки либо прижимными устройствами;
3. в некоторых случаях конструкции необходимо сваривать с предварительной деформацией, обратной по знаку сварочным деформациям, либо установкой конструкций в свободном состоянии под углом с целью создания противодействующего момента;
4. сварку элементов необходимо вести на оптимальных режимах, обеспечивающих быструю и высокую концентрацию тепла;
5. усиленно охлаждать сварное соединение — медные подкладки, водяное охлаждение и т. п.;
6. при заполнении разделки длинными участками каждый предыдущий слой до наложения последующего успевает значительно охлаждаться, что приводит к появлению деформаций. Применение метода обратноступенчатой сварки при выполнении швов большой протяженности способствует более равномерному распределению напряжений, сокращению деформаций вследствие создания равномерного остывания заваренных участков и уменьшения температурного перепада между участками;
7. для уменьшения концентрации напряжений необходимо избегать перекрещивающихся швов и сварных соединений с накладками;
8. необходимо соблюдать определенную последовательность наложения швов и направления сварки, влияющих на характер и величину деформаций элементов и коробления всей конструкции.

Сварку необходимо выполнять в такой последовательности, чтобы соединение, определяющее базовый размер, сваривалось последним. При этом все неточности, вызванные предыдущими операциями сварки, компенсируются в последнем соединении, которое обычно делается внахлестку. Этот способ широко применяют при изготовлении опор, рам, стрел и пр.

Стыковые швы, дающие большую усадку, следует варить первыми, а затем уже валиковые швы. Ребра жесткости и косынки, увеличивающие жесткость конструкции, рекомендуется варить по возможности в последнюю очередь.

Сборка конструкций из сталей, не чувствительных к термическому воздействию, осуществляется на прихватках, которые не вырубаются перед сваркой. Если сталь чувствительна к термическому воздействию, то сварка на прихватках запрещается. Выполняют прихватки электродами того же типа, что и сварку данного изделия. Сечение шва прихватки не должно превышать одной трети сечения шва (максимальное сечение шва - прихватки должно быть не более 25 —30 мм2). Длину прихватки обычно берут в пределах 20 —120 мм, расстояние между ними 500 —800 мм. Прихватки рекомендуется накладывать со стороны, обратной наложению первого слоя основного шва. Порядок наложения прихваток регламентируется техническими условиями. При получении после сварки деформированных конструкций и деталей допускается применять различные специальные способы ручной, механической и термической правки.

В практике заводов деформированные металлоконструкции выправляют с помощью струбцин, винтовых домкратов и местным тепловым воздействием.

Правка местным нагревом доступна любому предприятию, но она требует исполнителей высокой квалификации и соответствующего навыка. При местном нагреве металл, расширяясь, встречает противодействие окружающих его холодных участков, вследствие этого в нагретых участках металла возникают пластические деформации сжатия. При охлаждении в результате усадки металла линейные размеры нагретого участка уменьшаются и возникающие силы растяжения выпрямляют деформированный участок. Это явление и используют для правки деформированных сварных соединений.

Металл нагревают газовым пламенем или угольным электродом до пластического состояния. Нагревать металл следует с выпуклой стороны и правку необходимо производить последовательно путем нескольких нагревов, причем не следует нагревать одно и то же место дважды. Правка нагревом считается правильной, если после первого нагрева деформация уменьшилась в 2 раза. В том случае, когда действия одних сил растяжения для устранения деформаций недостаточны, их усиливают наложением дополнительных технологических грузов. После этого нагревают и оставляют конструкцию под действием нагрузки до полного охлаждения. Иногда после нагрева усиленно охлаждают водой или сжатым воздухом и применяют быструю проковку нагретых участков молотком. Прогибы в деталях из труб правят нагревом по образующей трубы вдоль ее максимальной выпуклости. Ширина площади нагрева берется 0,1 —0,3 диаметра трубы.

Прогибы в деталях из профильного проката, балочные и рамные конструкции правят несимметричным нагревом. При этом возникает изгибающий момент, под действием которого элемент выправляется. Полосы нагрева накладываются в виде «клиньев» так, чтобы основание их совпало с участком наибольшей выпуклости, Нагрев необходимо начинать с вершины клина.