причины и способы их устранения

Вопросы, рассмотренные в материале:

• Причины деформации металла при сварке
• Виды деформаций металла после сварки
• О тестировании сварных швов и расчете деформаций металла при сварке
• Способы устранения деформации металла при сварке
• Способы избежать деформации металла при сварке

Деформация металла при сварке – это явление, которое приводит к нарушению геометрии изделий и, следовательно, к браку продукции. Подобное может наблюдаться даже в работе опытных сварщиков. Соблюдение ряда правил позволяет снизить вероятность появления деформации и получить качественное и надежное соединение.

Существует множество причин возникновения деформации металла при сварке. О том, с чем они связаны, какие меры принимают для профилактики этого явления и что делают для исправления, читайте в нашем материале.

 

Причины деформации металла при сварке

Если на металлический предмет оказывается механическое воздействие, то в нем возникают напряжение и искажение. Первое характеризуется силой давления, оказываемой на единицу площади. Второе – нарушением габаритов и формы изделия из-за силового воздействия.

Напряжения появляются в деталях под влиянием практически любого усилия. Это может быть растягивание, изгиб, сжимание или резка. В ходе сварки следует внимательно следить за показателями как деформации, так и напряжения. Если превысить допустимые значения, то конструкция (частично или полностью) может разрушиться.

Рекомендовано к прочтению

Сварочные деформации возникают под влиянием различного рода напряжений, появляющихся внутри изделия. Основные причины их появления специалисты объединяют в две большие группы: основные, которые считаются неизбежными и постоянно появляются в ходе сварки, а также сопутствующие, устранение которых вполне возможно.

К основным причинам возникновения деформации и напряжения в ходе сварочных работ относят следующие:

• Структурные видоизменения, которые, влияя на металл, вызывают напряжения (растягивающие и сжимающие). Происходит это в ходе охлаждения деталей из легированных или высокоуглеродистых стальных сплавов. При этом размеры изделия, а также зернистая структура материала нарушаются. В итоге изначальный объем изменяется, что приводит к увеличению напряжения внутри детали.
• Неравномерный прогрев. Первичному нагреву в ходе сварочных работ подлежит только рабочая зона изделия. По мере увеличения температуры материал расширяется, воздействуя на мало прогретые слои металла. При прерывистом прогреве концентрация напряжений сварного шва достигает высоких значений. Ее показатель зависит от рабочей температуры, теплопроводности материала и уровня линейного расширения.
• Литейная усадка. Она происходит в ходе кристаллизации материала, характеризуется уменьшением объема металла, возникает из-за сварочного напряжения (продольного и поперечного), которое появляется в процессе усадки расплава.

Сварочное напряжение могут вызвать не только механические воздействия. Сплавам различных металлов вообще свойственны свои деформации и напряжения. Они делятся на временные и на остаточные. Пластичная деформация металла при сварке вызывает остаточные, не исчезающие и после остывания материала. Временные же возникают при сварке прочно закрепленной детали.

К побочным или сопутствующим деформациям при проведении сварочных работ можно отнести:

• любые отклонения от нормативов в технологическом процессе – примером может быть плохая подготовка детали к сварке, неправильный выбор электрода, нарушение режима сварочного процесса и пр.;
• несоответствия и ошибки, допущенные в конструировании изделия, – это могут быть неверно выбранный тип шва, часто расположенные соединения, малый зазор между сварными швами и пр.;
• низкий профессионализм и небольшой опыт мастера.

Концентрацию напряжений в сварном шве может вызвать практически любая ошибка. Из-за них возникают технологические дефекты соединения: непровары, трещины, пузыри и прочий брак.

Виды деформаций металла после сварки

Существует несколько видов напряжений. Они отличаются временным интервалом (периодом действия), характером появления и прочими факторами.

Ниже представлена таблица возможных напряжений (какие встречаются и из-за чего появляются в сварном шве).

Характер появления	Тип напряжения	Причина нарушения
По причинам возникновения	Тепловое	Неравномерность прогрева, возникающая из-за перепада температуры при сварке
	Структурное	В случае нагрева металла выше максимально установленной температуры происходят изменения в структуре материала
По времени существования	Временное	Возникает в ходе фазовых видоизменений, но в процессе остывания уходит
	Остаточное	Остается в деталях и после устранения причин возникновения
По задействованной площади	Имеющееся во всей конструкции
	Проявляющееся исключительно в зернах структуры металла
	Присутствующее в кристаллической решетке материала
По направленности воздействия	Продольное	Появляется по линии шва
	Поперечное	Размещается поперек оси соединения
По состоянию напряжения	Линейное	Происходит только в одном направлении
	Плоскостное	Распространяется на два различных направления
	Объемное	Воздействие происходит по трем осям

В ходе сварочного процесса происходят следующие виды деформации:

• Местные и общие. При местных деформациях изменениям подвержены только части конструкции. Общие же деформируют изделие полностью и сразу, меняя его размеры и искривляя геометрическую ось.
• Временные и конечные. Остаточные (конечные) деформации остаются в изделии даже после его охлаждения, а временные появляются в отдельные моменты времени.
• Упругие и пластичные. При восстановлении формы и габаритов изделия по окончании сварки деформация считается упругой. При наличии постоянных дефектов – пластичной.

Материал может быть деформирован вне плоскости сварного изделия или внутри него.

Разнонаправленность сил, действующих относительно сечения материала, приводит к возникновению различных напряжений: сжатия либо изгиба, растяжения, кручения, среза.

Тестирование сварных швов и расчет деформаций металла при сварке

Швы обязательно проходят тестирование на надежность и прочность соединений. В ходе проверки проверяется также наличие дефектов. Это позволяет быстро обнаружить и устранить возникший в процессе сварки брак.

Существует несколько типов контроля, позволяющих найти изъяны:

• разрушающий – процесс, который часто используется на промышленных предприятиях, дает возможность провести проверку физических свойств шва;
• неразрушающий – включает внешний осмотр шва, ультразвуковую или магнитную дефектоскопию, капиллярный метод, проверку проницаемости и прочие методы.

Важным в изготовлении сварных конструкций является определение вероятных напряжений и деформаций в ходе работ. Причина заключается в том, что они изменяют форму и размер изделия, снижают его прочность, что приводит к изменениям в эксплуатационных качествах конструкции далеко не в лучшую сторону.

Необходимо проводить тщательный расчет деформаций и напряжений при различных процессах сварки, правильно запланировать последовательность операций для того, чтобы в результате на конструкцию воздействовало минимум напряжений, а количество дефектов стремилось к нулю.

Способы устранения деформации металла при сварке

Убрать деформацию материала, возникшую в ходе сварки, можно с помощью правки. Она бывает холодной механической, термомеханической и термической, включающей как местный, так и общий нагрев. Перед проведением последнего изделие жестко фиксируют в устройстве, оказывающем давление на изменяемые части конструкции. Затем оно размещается в разогревающей печи.

Суть термического метода заключается в сжимании металла при его охлаждении. Происходит процесс разогрева растянутого участка горелкой или дугой. При этом окружающий место разогрева материал должен оставаться холодным, что не дает значительно расшириться горячему участку. Далее при остывании изделия происходит постепенное выпрямление конструкции. Больше всего данный метод подходит для устранения деформаций балок, полос листового материала и пр.

Принцип холодной правки заключается в постоянном воздействии на изделие нагрузок. Для этого используют различные прессы и валки, существующие для прокатки по ним длинных конструкций. Для исправления деформаций растянутых конструкций применяют термическую правку. Сначала происходит сбор лишнего металла, а затем – разогрев проблемного места.

Сложно сказать, какой из методов является предпочтительным. Для каждого вида, места (снаружи или изнутри), особенностей деформации и напряжения, а также габаритов и формы изделия существуют свои способы их устранения. Важным являются трудозатраты и эффективность метода.

Способы избежать деформации металла при сварке

Устранение проблем значительно сложнее их предупреждения. Эта аксиома в равной степени относится и к сварке. Брак всегда приводит к дополнительным финансовым вложениям. Для его предотвращения необходимо сосредоточиться на мерах, помогающих бороться с деформациями и напряжениями.

Отвечая на вопрос о том, как избежать деформации при сварке листового металла или свести ее к минимуму, следует запомнить связь между причинами появления и мерами предупреждения. Следовательно, перед началом работ необходимо все тщательно рассчитать и подготовиться. Только после окончания данного этапа можно будет проводить сварку металлических конструкций.

Сила, приложенная к конструкции, прямо пропорциональна степени ее деформации. Значит, чем большая сила воздействует на изделие, тем значительнее его деформация.

• Сопроводительный и предварительный подогрев.

  Данные виды разогрева способствуют улучшению качественных характеристик как самого сварного соединения, так и участков, расположенных в непосредственной близости от него. Кроме того, уменьшаются пластические деформации и остаточное напряжение. Этот метод чаще всего используют для сплавов, которые имеют склонность к закалке и появлению кристаллизационных трещин.

• Наложение швов в обратноступенчатом порядке.

  При протяженности более 1 000 мм шов разбивается на части длиной от 100 до 150 мм. Новое соединение создается в противоположную от основной сварки сторону. При этом металл разогревается более равномерно, что снижает деформацию. Данный способ не является методом последовательного наложения.

• Проковка швов.

  Проковке подлежит и нагретый, и холодный материал. Удар как бы разжимает металл в стороны. Тем самым снижается напряжение растягивания. Данный метод не используется на конструкциях, сделанных из металла, склонного к возникновению в нем закалочных структур.

• Выравнивание деформаций.

  Суть метода заключается в том, чтобы подобрать порядок, в котором нужно будет делать швы. Новый шов должен обязательно создать деформацию, которая будет противодействовать предыдущему. Этот способ часто применяется при сварке двусторонних соединений.

• Жесткое крепление деталей.

  Сварка предваряется прочным и жестким креплением изделия в кондукторах. После завершения процесса конструкция полностью охлаждается, после чего вынимается из крепежа. Существенным недостатком метода является вероятность возникновения внутреннего напряжения изделия.

• Термическая обработка.

  Сварка без деформации металла может быть проведена с помощью термической обработки. При этом существенно улучшаются характеристики соединения и окружающего его металла, снижается напряжение внутри изделия и выравнивается структура шва. Отпуск, отжиг (состоящий из низкотемпературного или полного) и нормализация – это операции, составляющие термическую обработку металла.

   

  Нормализация считается оптимальным способом обработки швов изделий, выполненных из низкоуглеродистых сталей.

Почему следует обращаться именно к нам

Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.

Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:

• цветные металлы;
• чугун;
• нержавеющую сталь.

При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.

Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.

Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.

Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.

Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.

Как устранить деформации при сварке

Как уменьшить деформацию и напряжение

Внутренние деформации и напряжения уменьшаются различными технологическими приёмами, включающими технику и очерёдность созданий и размещение сварочных швов, правильную конструкцию изделия, выбор режима дуговой сварки.

3 способа уменьшения напряжения и искажения при сварке

Напряжения либо искажения, возникающие при сварке в конструкциях, уменьшают тремя основными методами их регулировки.

1. Снижением объемов подвергаемого пластичным деформациям материала при его нагревах и снижениях самих пластичных деформаций.
2. Созданием в зонах пластичных деформаций, возникшей от нагревов металла, дополнительной деформации с противоположным направлением. Это можно сделать во время остываний и в моменты остаточного охлаждения.
3. Можно симметрично разместить сварочные швы с целью компенсирования появляющихся перемещений с деформациями. Также можно устранить такого рода дефекты при создании искусственных зон пластичных деформаций со свободной усадкой.

Помимо деформирований и напряжений при сварочном процессе зачастую возникают отклонения (дефекты).

Виды отклонений (дефекты) в сварочном процессе.

Существует несколько видов отклонений (дефектов) – внутреннего и наружного типа. Обнаружение дефектов наружного типа выполняется на визуальной основе во время осмотра сварного шва.

Обнаружение дефектов внутреннего типа при их нахождении во внутренней части сварочного шва возможно только, проведя дефектоскопию с рентгеном и механообработкой.

Несмотря на классификацию и причины возникновения дефектов, это всё же дефект, который нужно устранить либо провести минимизацию его количества и размеров.

Поскольку любое отклонение (дефект) сварочных швов является угрозой функциональности и стабильности всего изделия, мастера проводят определённые операции для их ликвидации. Для минимизации вероятности возникновения дефектов (отклонений) необходимо:

• Учесть, по какой последовательности выполнялась сварка и с какой квалификацией работает сварщик.
• Учесть тип присадочных материалов и структура свариваемых металлов.
• Учесть применение защитных газов и последовательность подготовки поверхностей для проведения процесса сваривания.
• Учесть тип применяемого сварочного оборудования.

К отклонениям (дефектам) наружного типа относят возникновение нарушений размеров (появление наплывов с подрезами), прожогов и непроваров, незаваренных кратеров.

Так, непровары возникают вследствие недостаточного сварного тока, оказывающего большое влияние на сваривание металла.

Ниже представлены описания применяемых в промышленности методов ликвидации деформирования и минимизации напряжения, а также устранение отклонений (дефектов).

Персонально вам: посмотрите цена на сварочные аппараты

Устраняем возникшие при сваривании отклонения

Крупные трещинки устраняются с помощью заварки. Для начала в предварительном порядке рассверливаются насквозь несколько отверстий на дистанции 50 мм к концам возникших трещинок для предупреждения их распространений.

Далее пневмозубилом, газовыми резачками для резаний поверхностного типа (либо резачком дуго-воздушного типа) выполняют V- или Х-образные разделывания трещинок, удаление шлаковых элементов с её кромочек и заваривание ступенчато-обратными методами (рис. 1).

Рис.1. Именно таким методом выполняется корректировка сварочного соединения с трещинкой: 1 — схема места нагрева; 2 — схема рассверленного отверстия; 3 — схема разделывания каждой кромки на трещине; 4 — схема образовавшейся трещинки; I, II, III, IV — описание этапов заваривания.

Зачастую перед началом сварочного процесса выполняется нагрев стали (в месте концов трещинок) посредством горелок газового типа (нагрев должен выполняться до жары в 200 градусов) таким образом, чтобы остывание швов и прогретых участков проходило в одно и тоже время.

Делается это во избежание возникновения остаточных напряжений на сварочном шве (его концах).

Швы, у которых непровары, газо-шлаковые включения, небольшие трещинки вырубаются либо выплавляются и вновь завариваются.

Аналогичные операции делают и в пережжённых участках изделия. Кстати, вырубкой или выплавкой проблемы с дефектами сварочных швов можно решить при сварке элементов из углеродистой стали.

Дефекты же в изделиях, материалом которых является сталь легированного типа, устраняются исключительно вырубыванием (выплавление здесь приводит к структурным изменениям материала).

Неполномерности в швах устраняются посредством наплавления дополнительных слоёв, а заваривание подрезов делается с помощью тонких валиковых швов. Удаление наплавов, натёков, а также дополнений шва (образований в его сечении дополнительного материала) выполняется посредством абразивов либо пневмозубила. Если возник перегрев металла, значит, необходимо прибегнуть к его соответствующей термообработке.

 

Как исправить деформации в сварочных изделиях

Если деформирование гораздо выше нормы, то выправление элементов (изделий) происходит с помощью механической, термической либо термомеханической технологий.

Выправления по механической технологии выполняют с использованием молотов с домкратами, прессов на винтовой основе и прочих приспособлений, способных создать воздействие ударных либо статических нагрузок, прилагаемых с места максимальной выгибаемости конструкции (рис.2).

Такая правка является очень трудоёмкой. При неправильном её выполнении, как в сварочных швах, так и в остальном материале могут появиться трещинки и разрывы.

Рис.2. Посредством воздействия нагрузки корректируются тавровые сварные балки.

Как исправить деформацию тонколистовых металлов

Деформации в тонколистовых металлических изделиях устраняются с помощью их прокатывания валиками (рис.3). Только на сварочные швы нужно сначала поставить накладки. При прокатке из-за растягивания сварного шва образуются пластичные деформации, минимизирующие напряжение с образованным им короблением.

Рис.3. Устранение деформаций в тонколистовых металлических конструкциях а – схема сваренных листов перед прокатыванием, б – схема процесса прокатывания, 1 – схема сварочного шва, 2 – схема накладки, 3 – схема прокатных валков

Как устранить деформацию толсто-листовых металлов

Искажения в металлических толстолистовых деталях устраняет послойная проковка каждого сварочного шва. В процессах термокорректировок небольшие металлические участки в деформированных деталях нагреваются специальными горелками. Прогрев проводится, пока металлические выпуклые места деформированной детали не перейдёт в состояние пластичности. Далее каждый из прогретых мест охлаждается. При этом происходит корректировка детали посредством возникающих в этот момент напряжений.

Нагрев

Так, тавровые сварочные балки выправляют посредством нагрева её выпуклого участка полосами (с шириной достигающей 25-30 мм), схожесть которых выполняется под 30-градусным углом (рис. 4, а). Также при выправлении балки со швеллерным сечением выполняется нагрев обеих полок и, помимо этого, с помощью полос (их ширина равняется 35-40 мм) — её стенка (рис. 4, б). В момент выпучивания швеллерной рамы расположение нагревающих полос выполнено по схеме, изображённой на рис. 4, в).

Рис.4. Нагревающие участки при термоправке: а – схема выправления тавровых балок, б – схема выправления балки со швеллерными сечениями, в – схема выправления швеллерных рам.

Изгиб и нагрев

При термомеханической правке статическая нагруженность, создающая изгиб деформированной детали в необходимую сторону, сочетается с местным нагревом. Этим методом исправляют довольно жёсткие узлы (рис.5).

Рис.5. Схема корректировки сварных фундаментов термомеханической правкой с использованием домкратов. 1 – схема опор, 2 – схема мест прогрева, 3 – схема домкрата.

Как уменьшить напряжение

Снижение внутреннего напряжения в швах сварочных конструкций выполняется посредством проковки каждого слоя швов, сопутствующего либо предварительного подогрева конструкции, термообработки после сварочного процесса.

Проковку каждого слоя выполняют посредством имеющего закруглённый бойок пневмозубила. Этот метод используется при выполнении многослойного сваривания конструкций с большой толщиной. Кстати, чтобы не было надрывов и трещинок, проковка нижнего и верхнего слоя шва не выполняется.

Метод подогревов сопутствующего либо предварительного типа выполняется при попытке выполнить сваривание склонных к закалке металлов. Подогревают обычно при условиях, устанавливаемых исходя из марки металла и его жёсткости. Нагрев выполняется с помощью индукторов, многопламенных горелок или печей.

При термообработке после сваривания предусматривается проведение низкотемпературного отпуска детали и его медленного охлаждения в печи.

 

Заключение

Правку вышеописанными методами нужно проводить в приспособлениях с возможностью контроля размеров в каждом выпрямляемом изделии и его прогибов.

Всеми указанными в этой статье методами устранения деформаций можно откорректировать 80% бракованных сварных конструкций. При невозможности выправить изделие оно считается бракованным и подлежит списанию.

Методы борьбы с температурной деформацией при сварке

Рассмотрем рекомендации по борьбе с таким эффектом, как температурная деформация металла, возникающая при сварочных работах. В конце статьи будут рассмотрены современные способы решения этой задачи.

 

Это напряжение возникает вследствие того, что металл нагревается неравномерно и при остывании возникают внутренние напряжения в зоне температурного воздействия. Эти напряжения могут привести к деформации металлического изделия.

 

Какие существуют способы чтобы при изготовлении изделие из металла не повело при сварке?

 

1. Последовательность прохождения сварочных швов. Сварку изделий из металла следует производить таким образом, чтобы возникающие напряжения компенсировали друг друга. Это возможно при сварке симметричных швов, при правильном выборе направления наложения швов.

Так же целесообразно в некоторых случаях собрать изделие на прихватки и потом обваривать швы, находящиеся симметрично друг другу относительно нейтральной оси. 

 

2. Предварительный изгиб деталей в противоположную сторону от возникающих при сварке напряжений. Температурная усадка компенсирует эти напряжения и конструкцию не поведет.

 

3. Выбор режима сварки.

Напряжения, которые возникают в результате сварки, зависят от температуры зоны нагрева металла. Чем выше температура, тем сильнее остаточные напряжения.

Различные режимы сварки происходят при разных температурах, имеют различный объем наплавляемого металла и разную скорость прохождения шва. Чем выше скорость, тем меньше нагревается зона сварки и меньше усадочные напряжения.

При DIY сварке (кислородно-ацетиленовая сварка) возникают самые большие напряжения, так как она происходит при температуре около 3100 С.  Кроме этого данный вид сварки самый медленный, а объем наплавленного металла самый большой.

ММА (ручная дуговая сварка покрытыми электродами) происходит при температуре2400-2700 ^оС и быстрее чем кислородно-ацетиленовая, с меньшим объемом наплавленного металла.

MIG/MAG (полуавтоматическая сварка в защитных газах) происходит при 1500^оС и с еще большей скоростью. Поэтому температурная усадка будет меньше чем при MMA сварке.

 

4.Предварительный нагрев изделия или зоны деформации.

Самые сильные напряжения в металле возникают при остывании изделия. Величина возможной деформации зависит от теплопроводности и коэффициента линейного расширения металла. Чем ниже теплопроводность, тем  более неравномерна зона нагрева и больше деформация. Например, у нержавеющей стали теплопроводность меньше, а коэф. линейного расширения больше чем у черной стали и поэтому деформация больше. 

Поэтому для уменьшения напряжений, особенно в легированных сталях, сварку производят в предварительно нагретом состоянии.

 

5. Сварка в кондукторе.

Изделие закрепляют в жесткой оснастке, таким образом, препятствуя деформации усадки. В металле возникают напряжения, вызывающие пластические деформации. Это позволяет уменьшить температурную усадку. После изъятия детали из кондуктора деформация останется, но она  будет меньше на 30% чем при сварке незакрепленной детали. При сварочных работах в кондукторе увеличивается вероятность появления трещин. Это происходит когда пластичности  металла недостаточно.

 

6. Рихтовка металлоизделия после сварки.

Выполняется с помощью домкратов и талей. Возможна правка изделий с помощью молотка или молота. При этом необходимо отслеживать появление трещин и разрывов в металле и сварочных швах.

 

7.  Тепловая правка изделия после сварочных работ.

Способ заключается в нагреве газовыми горелками деформированных участков металлоизделия. Нагревают выпуклую (выгнутую) сторону детали, до такой степени, когда не произойдет пластическая деформация и внутренние напряжения не локализуются. Данный метод эффективно производить совместно с механической рихтовкой (см. п. №6).

Если позволяют размеры, то возможен так же отпуск изделия в печи. При нагреве до 400-500 °С снимается около 50% внутренних напряжений. 

При данном способе существуют риски появления коробления изделия. Необходимо чтобы деталь обладала жесткостью и выдерживала температурное воздействие не изменяя своей геометрии.

 

В заключение несколько общих рекомендации.

 

Детали, обладающие большей металлоемкостью, ведет при сварке меньше. Например, конструкция из трубы со стенкой 8мм, будет деформироваться меньше чем со стенкой 4 мм.

 

Иногда целесообразно сварку заменить на альтернативные способы соединения. Это может быть клеевое соединение. Сейчас в продаже существует достаточно большое количество клеев по металлу как российского, так и иностранного производства. Если это допустимо, то можно использовать клепочное соединение.

В некоторых случаях рационально использовать MSG-пайку  (пайка на полуавтомате в защитных газах) — которая происходит при температуре 1000 ^оС

 

Возможно применение точечной сварки или комбинированного — клеесварного соединения. Данный способ представляет собой точечную сварку и использование клея по металлу.

 

Все эти способы и методы позволяют успешно бороться с таким явлением, как температурная деформация металлоизделий после сварки.

 

Рекомендуем ознакомиться со статьями:

 

Инновационные технологии при сварочных работах

 

Как скомпенсировать деформации при сварке? — Технологии сварки

Некоторое время наблюдал в соседней конторе за изготовлением дверей, и даже вопросы задавал. Суть незаводского изготовления в следующем:

1. Максимально прочная и массивная станина, на которой идет сборка-сварка.

2. К этой станине лист металла и рама прижимаются по периметру как можно большим количеством струбцин . если есть возможность, то и по центру тоже.

3. Сварка идет, как уже было сказано выше, короткими валиками, почти точками, не больше 1 см. Полуавтомат или обычная сварка — это не так важно, просто полуавтомат требует меньшей квалификации и варит быстрее и надежнее.

4. Варить поочередно в противоположных точках. Это хлопотно — ходить туда-сюда как заведенный, но иначе никак.

5. Скорость сварки каждой точки максимально быстрая, 2-3 секунды на валик, чтобы металл минимально нагревался. То есть, аппарат должен быть хорошо настроен.

6. Каждый элемент рамы должен быть в итоге приварен к листу обязательно с двух сторон, валики по обоим сторонам профиля напротив друг друга — так напряжение более равномерное.

7. Если дверь металлическая с двух сторон, то снимать струбцины и накладывать верхний лист только после полного остывания нижней конструкции.

8. Верхний лист приваривается через отверстия D8-10 мм, просверленные в соответствии с контуром каркаса. потом лишнее шлифуется, и т.д.

9. Никогда не используйте в каркасе уголок. Это самый настабильный профиль, который только можно придумать. Только прямоугольная или квадратная труба.

10. Если есть такая возможность, после окончательной сборки прогрейте равномерно всю конструкцию горелкой или паяльной лампой, не вынимая из зажимов и дайте остыть. Это немного, но поможет.

 

Удачи.

сварочные поводки можно устранить проковкой шва или обработкй дробью.кроме того существуют ультразвуковые аппараты снимающие напряжения,

Дробью лучше из ружья 12 калибра, дробь №4. А ультразвук дает ультразвуковая стиральная машинка (если можно так назвать) типа Ритона, в рекламе наверняка видели.

PS. Allent пошутил, я тоже. 🙂

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.

Для уточнения требуемых Вам характеристик и получения опросного листа, свяжитесь с нашей службой сбыта по телефонам 8-937-484-34-94 или по электронной почте Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра..

Как избежать деформаций при сварке? Способы устранения сварочных деформаций

Для уменьшения внутренних деформаций и напряжений применяют ряд технологических приёмов по технике и очерёдности выполнения швов и их расположению, по выбору правильной конструкции изделия, по выбору режимов ручной дуговой сварки.

 

Меры по предотвращению сварочных деформаций

Одним из способов устранения сварочных деформаций является сварка в кондукторах — специальных приспособлениях, позволяющих жёстко закрепить изделие. Кроме этого, часто применяют предварительную деформацию свариваемых деталей. Направление предварительной деформации должно быть противоположно ожидаемой деформации при сварке. Такая мера называется ещё методом предварительного изгиба.

Такой метод используют для предотвращения угловых деформаций при сварке угловых швов и при сварке нахлёсточных соединений. При сварке листового металла малой ширины, их выгибают в сторону, обратную от предполагаемой деформации.

В случае сварки листов большой ширины, их сварные кромки предварительно изгибают. Для предотвращения деформаций при сварке тавровых и двутавровых соединений, их закрепляют в приспособления, которые изгибают детали в сторону, обратную предполагаемой деформации.

Техника сварки, позволяющая избежать сварочных деформаций

Существуют разные варианты техники сварки, позволяющие уменьшить сварочные напряжения и поводки. При выполнении сварочных швов большой длины, используют обратноступенчатый способ сварки на проход (схема а) на рисунке слева). При выполнении многослойной сварки, наплавляются каскадные сварные швы, или горкой. Каждый из этих слоёв (кроме первого и последнего) проковывают.

Кроме этого, сварные швы выполняются таким образом, чтобы каждый последующий шов вызывал напряжения, противоположные напряжениям от предыдущего шва (схемы б) и в) на рисунке слева).

Последовательность сварки не должна препятствовать возможной свободной деформации сварной металлоконструкции. Например, при сварке листового настила из металлических полос, необходимо, в первую очередь, сваривать листы в каждом слое настила, а затем сваривать слои между собой (см. рисунок справа).

При сварке вязких материалов, применяют способы сварки , позволяющие снизить остаточные напряжения. К таким способам относятся закрепление свариваемой детали в специальных приспособлениях. В таких приспособлениях свариваемые детали собирают, сваривают и остужают.

Кроме этого, применяют различные приёмы, позволяющие быстро отводить тепло от сварного изделия, например, при охлаждении под струёй воды, или отвод теплоты с помощью медных подкладок.

Если свариваемый металл склонен к формированию закалочных структур, то резкое охлаждение сварного шва и зоны термического влияния приводит к возникновению внутренних напряжений и образованию холодных трещин в металле.

Для того, чтобы уменьшить перепад температур в металле, пред сваркой выполняют предварительный подогрев. Если сварочные работы ведутся при низких температурах, то подогрев обязателен даже если выполняется сварка низкоуглеродистых сталей.

Термообработка после сварки для устранения напряжений и деформаций

Отпуск после сварки для снятия напряжений

При сварке углеродистых конструкционных сталей выполняют общий высокотемпературный отпуск. Для этого сварное изделие нагревают до температуры 630-650°C, выдерживают при этой температуре и охлаждают. Время выдержки определяется из расчёта 2-3мин на миллиметр толщины металла.

Охлаждение сварного соединения должно происходить медленно, чтобы при остывании вновь не возникли внутренние напряжения. Скорость охлаждения стали определяется, в зависимости от её химического состава. Чем больше в составе стали присутствует элементов, способствующих закалке, тем меньше скорость охлаждения при отпуске после сварки. Часто сварное соединение охлаждают вместе с печью до температуры 300°C, а затем на обычном воздухе.

Отжиг для устранения внутренних напряжений

Отжиг для устранения напряжений и деформаций при сварке выполняется полный или низкотемпературный. При полном отжиге сварное изделие нагревают до температуры 800-950°C, выдерживают и охлаждают вместе с печью. После такого отпуска вязкость и пластичность сварного шва увеличивается, а твёрдость уменьшается.

При низкотемпературном отпуске сварное соединение нагревают до температуры 600-650°C и охлаждают вместе с печью. При таком отпуске, нагрев металла происходит до температур, ниже критических, поэтому, преобразований в кристаллической структуре металла не происходит.

Аргонодуговая обработка для снятия остаточных напряжений

Для снятия остаточных напряжений и деформаций после сварки применяют аргонодуговую обработку. Суть её заключается в том, что переходную зону от сварного шва к основному металлу расплавляют неплавящимся электродом в среде аргона. При расплавлении этой переходной зоны напряжения, действующие между металлом шва и основным металлом, исчезают. При кристаллизации, они появятся вновь, но их величина будет намного меньше изначальной. Такой способ позволяет снизить остаточные напряжения до 70%. Кроме снижения напряжений, этот метод позволяет получить плавный переход от шва к основному металлу и это существенно увеличивает прочность конструкции.

Проковка сварного шва с целью уменьшения напряжений и устранения деформаций

Если в металле шва или близлежащих областях металла создать дополнительные пластические деформации, то можно полностью устранить остаточные напряжения и деформации при сварке. Для этого выполняют проковку сварных швов.

Проковывают сварное соединение во время его остывания при температурах выше 450°C, либо ниже 150°C. При температурах от 200°C до 400°C проковку не выполняют из-за повышенного риска образования надрывов.

Проковывают швы вручную, молотком, массой около 1кг. Допускается применять пневматический молоток. В случае выполнения многослойных швов, не выполняют проковку последнего слоя и первого, на котором от ударов возможно образование трещин. Таким способом снимают напряжения в металле при заварке дефектов или при выполнении замыкающего сварного шва.

Термическая правка металла

Для устранения сварочных деформаций может применяться термическая правка, при которой нагрев сварного соединения происходит газовым пламенем, либо электрической дугой от неплавящегося электрода. При термической правке металл нагревается до температуры 750-850°C и начинает стремительно расширяться. Но, окружающие его холодные слои металла препятствуют его расширению и вызывают пластическую деформацию данного участка. При охлаждении, металл нагретого участка сжимается, и в нём происходит частичное или полное устранение деформаций.

Механическая правка сварного соединения

При сварке тонкого металла (до 3мм) правка производится вручную, с помощью молотка. При больших толщинах металла применяют прессы. Этот способ устранения сварочных деформаций не нашёл широкого применения, т.к. термическая правка является более целесообразным способом.

После механической правки на поверхности металла остаётся местный наклёп и предел текучести на этом участке повышается. При этом, пластичность стали снижается. Подобная неоднородность механических свойств негативно отражается на статической прочности всей металлоконструкции и при её работе под переменными нагрузками.

Как варить тонколистовой металл, чтобы не повело

Как варить металл, чтобы не повело

Листовой металл очень часто ведёт при сварке, в результате чего портится работа и свариваемая заготовка. Деформация металла, особенно тонкого, часто вызвана отсутствием опыта у сварщика и вследствие неправильного выбора сварки.

Рассмотрим основные проблемы, из-за которых металл «ведёт» при сварке, и как не допустить его деформации.

Почему ведёт металл при сварке

Очень часто при сварке тонколистового металла, например, при изготовлении дверей, вся конструкция деформируется. Происходит это из-за воздействия на неё высоких температур, а также вследствие допущенных ошибок во время сварки.

Особенно заметная будет деформация тонколистового металла, после остывания. Здесь все во много зависит от его коэффициента линейного расширения и теплопроводности. Чем меньше будет теплопроводность свариваемого металла, тем выше вероятность его деформации.

В некоторых случаях, и вовсе, чтобы не допустить деформаций, сварку изделий осуществляют, только в нагретом состоянии.

Как варить металл, чтобы не повело

Рассмотрим решение данной проблемы:

Последовательное прохождение сварочных швов. Если нужно варить тонколистовой металл, то, чтобы избежать его деформации, целесообразно будет использовать обратноступенчатый шов, не более чем 300 мм. После того, как металл остыл, можно будет заварить оставшиеся щели. Таким образом, тонколистовой металл не поведёт.

Точнее деформации будут, однако ранее сделанные, «короткие» швы, будут компенсировать их. Кроме того, в ряде случаев, при сварке тонкого металла, лучше всего сначала использовать прихватки, а уже потом обваривать шов.

Предварительное сгибание свариваемых заготовок. Ещё один из способов, который позволит уменьшить деформацию тонкого металла, связан с выгибанием заготовки в противоположное направление от напряжений при сварке. Таким образом, после того, как сварка будет произведена, металлическая заготовка под воздействием деформации вернётся в нужное положение.

Какой сваркой лучше всего варить тонколистовой металл

Чем выше будет температура в зоне нагрева, тем больше вероятность того, что металл поведёт.

Различные виды сварки имеют разный температурный режим, поэтому если нужно часто варить тонкий металл, то стоит задуматься вот над чем:

• Кислородно-ацетиленовая сварка — не самый лучший вариант для того, чтобы варить тонколистовой металл. Самые большие деформации происходят именно при данном виде сварки, так как её температура достигает 3100 °C.

• ММА сварка (mmasvarka.ru) — всеми любимая ручная дуговая сварка электродом с покрытием. При ручной дуговой сварке, температура, возникающая на конце электрода гораздо ниже, от 2400 до 2700 °C. Поэтому данный вид сварки более предпочтителен для соединения тонколистового металла.

• Полуавтоматическая сварка MIG/MAG — температура нагрева составляет порядка 1500 °C, а скорость сварки ещё быстрее, чем при ручной дуговой сварке. Поэтому MIG и MAG, является наиболее удобной для сварки заготовок выполненных из тонколистовой стали.

Ну и последнее, это правильная организация отведения тепла в зоне сварки. Для этих целей можно использовать как специальные теплоотводящие медные пластины, так и подручные средства. Например, можно применить влажный асбест, для того, чтобы наложить его рядом со сварочным швом или другие материалы.

Поделиться в соцсетях

Как исправить 8 распространенных проблем сварки с помощью этих простых шагов

Сварка определяется как процесс, при котором две или более детали из металла или термопласта скрепляются вместе с помощью тепла и давления. Используемый процесс сварки зависит от множества факторов, но форма и толщина материала обычно являются решающими факторами, для которых метод наиболее эффективен. Некоторые из наиболее распространенных сегодня типов сварки — это сварка металла в инертном газе (MIG) или газовая дуговая сварка металла (GMAW), дуговая сварка или дуговая сварка в среде защитного металла (SMAW), вольфрамовая сварка в инертном газе (TIG) или дуговая сварка вольфрамовым электродом (GTAW). ) и порошковой дуговой сваркой (FCAW).

С годами эти методы сварки были упрощены за счет использования превосходного сварочного оборудования. С таким оборудованием многие операторы могут забыть о важных этапах выполнения сварки. Однако, когда эти же операторы сталкиваются с проблемами, они не могут диагностировать и устранять проблемы. Вот несколько распространенных проблем со сваркой и способы их устранения.

1. Брызги

При газовой дуговой сварке (GMAW) частым нежелательным побочным эффектом является образование того, что сварщики называют разбрызгиванием.Это капли расплавленного материала, образующиеся возле сварочной дуги. Брызги возникают при слишком высоком сварочном токе, неправильной полярности или недостаточной газовой защите. Во избежание разбрызгивания рекомендуется уменьшить сварочный ток и длину дуги. Кроме того, сварщик может проверить правильность полярности расходных материалов. Наконец, рекомендуется проверить тип и расход защитного газа, а также очистить газовое сопло и увеличить угол между резаком и пластиной.

2. Пористость

Пористость вызывается абсорбцией азота, кислорода и водорода в расплавленной сварочной ванне, которая затем выделяется при затвердевании и захватывается металлом сварного шва. Причины пористости включают наличие влаги, ржавчины, смазки или краски на краях пластины, недостаточную газовую защиту или сварку небольших зазоров, между которыми находится воздух. Чтобы избежать образования пористости в сварном шве, сварщик должен повторно запечь или использовать свежие сварочные материалы и проверить сварочную горелку на герметичность.Также помогает наличие сухих и чистых краев тарелок. Также было бы неплохо проверить тип и расход защитного газа, очистить газовое сопло сварочного аппарата и убедиться, что угол между горелкой и пластиной не слишком велик или мал.

3. Выточка

Подрезы возникают при слишком высоком напряжении дуги или слишком длительной дуге. Это также может произойти при неправильном использовании электрода или неправильном угле наклона, или если электрод слишком велик для толщины пластины. Кроме того, при слишком большой скорости движения обычно возникают подрезы.Помимо наблюдения за скоростью, важно проверить правильность использования используемого электрода. Сварщикам не рекомендуется использовать электрод больше, чем необходимо, потому что, если количество расплавленного металла станет слишком большим, возникнет подрез. Затем важно следить за тем, сколько переплетения используется. Наконец, не держите электрод рядом с вертикальной пластиной при выполнении горизонтального углового шва.

4. Деформация

Деформация происходит при сжатии свариваемых металлов, когда он остывает и затвердевает.Это происходит, если последовательность сварки не подходит для предполагаемого сварного шва, слишком много тонких валиков, плохая подгонка пластины (недостаточный зажим) перед сваркой. Некоторые хорошие решения для предотвращения деформации — это сварка с обеих сторон соединения, сварка от центра к краю (в противоположных направлениях), с использованием электрода большего размера и надежного зажима. Изменение последовательности сварных швов или местоположения стыка или выполнение меньшего количества проходов также может помочь снизить риск
.

5. Трещины

В любой конструкции каждая трещина (независимо от размера) считается дефектом.Это может быть опасно, потому что небольшие трещины могут со временем стать больше. Это не так просто, как заполнить зазор материалом, потому что трещины необходимо отшлифовать, а затем выполнить новую сварку, чтобы исправить ошибку. Поскольку это утомительно, профилактика предпочтительнее лечения. Чтобы избежать трещин, необходимо потратить время на шлифовку, очистку, опиливание или удаление заусенцев с краев пластин, чтобы они легко стыковались. Было бы неплохо повторно нагреть обе стороны стыка, поскольку правильная температура имеет значение и скрепляет пластины вместе.И прежде чем приступить к сварке, проверьте, набрано ли у вас нужное количество тепла, проверив настройки машины.

6. Неполное проникновение и слияние

Неполное сращивание корня — это когда сварной шов не сваривается на одной стороне соединения в корне. Неполное проникновение корня происходит, когда корневая область сустава с обеих сторон не спаяна. Эти проблемы чаще возникают в процессах с плавящимися электродами (MIG, MAG, FCAW, MMA и SAW), когда сварочный металл «автоматически» осаждается, когда дуга поглощает электродную проволоку или стержень.Решения включают использование более широкого корневого зазора, электродов, диаметр которых приблизительно равен ширине зазора между корнем. При сварке было бы хорошо использовать меньшую скорость движения и переплетение кромок пластин.

7. Включения шлака

Включение шлака — это мелкие частицы флюса, которые застревают в металле сварного шва, что препятствует полному проплавлению сварного шва. Способ предотвратить это — иметь в хорошем состоянии расходные детали с флюсовым покрытием. Правильный ток, напряжение и хорошие характеристики дуги необходимы для обеспечения качественных сварных швов с полным сплавлением при прохождении через них.

8. Неправильная доставка банковского перевода

Когда сварщики начинают слышать дребезжащий звук внутри кабеля горелки, возможно, проблема связана с системой подачи проволоки. В этом случае это всегда связано с обеспечением правильной настройки оборудования и технического обслуживания. Иногда сварщики делают ошибку, используя наконечники, которые слишком велики для применения, что может привести к некоторым другим проблемам сварки, перечисленным выше. Некоторые советы включают обеспечение правильного функционирования контактного наконечника пистолета и двойную проверку размера провода, который будет использоваться.Рекомендуется проверить кончик провода, чтобы убедиться, что он не изношен и не нуждается в замене. Что касается приводных роликов, то их стоит проверить, так как они изнашиваются. Всегда следите за тем, чтобы ведущие ролики и направляющая труба находились в непосредственной близости.

Важность лучшего оборудования

В конце концов, наличие надлежащих знаний о том, как избежать сварочных ошибок и наличие лучшего и новейшего сварочного оборудования с самыми современными технологиями, действительно имеет значение, когда дело доходит до уменьшения шансов возникновения дефектов.Таким образом, наличие надежных поставщиков, известных своим превосходным качеством продукции, таких как Welding Industries Australia (WIA), очень важно для предприятий, которые зависят от сварки как части своей основной структуры бизнеса.

Дата: 31 августа 2017 г.

.

Советы по поиску и устранению распространенных дефектов сварки MIG

Советы по поиску и устранению распространенных дефектов сварки MIG Меню

• Оборудование
  • Сварщики
  • Механизмы подачи проволоки
  • Сварочный интеллект
  • Автоматизация
  • Плазменные резаки
  • Газовое оборудование
  • Газовый контроль
  • Индукционный нагрев
  • Удаление дыма
  • Тренировочное оборудование
• Технологии
  • Легкость использования
  • Продуктивность
  • Оптимизация и производительность
• Безопасность
  • Голова и лицо
  • Рука и тело
  • Сварочный дым
  • Перегрев
• Аксессуары
  • Аксессуары
• Расходные материалы
• Отрасли
  • Отрасли
  • Приложения
• Ресурсы
• Поддержка
• Около

• Ресурсы
  • Руководства по сварке
  • Сварочное образование и обучение
  • Учебные материалы
  • Меры предосторожности
  • Калькуляторы сварных швов
  • Часто задаваемые вопросы
  • Галерея проектов
  • Библиотека статей
  • Видео библиотека
  • Информационные бюллетени
  • Форумы
  • Подкаст — Сварка труб
  • Связаться с нами
• Поддержка
  • Пункты обслуживания
  • Инструкции и запчасти
  • Гарантия
  • Производители двигателей
  • Настройка системы
  • Программного обеспечения
  • Связаться с нами
  • Часто задаваемые вопросы
  • Регистрация продукта
  • Заказать литературу
• Около
  • Карьера
  • Наша компания
  • Связаться с нами
  • Клуб владельцев
  • Выпуски новостей
  • Сертификаты
  • Связаться с нами
  • События
  • Роуд-шоу
  • Фирменные товары
  • Специальные предложения
  • новые продукты

.

Прогнозирование сварочной деформации в конструкции панели с продольными ребрами жесткости с использованием собственных деформаций, полученных методом обратного анализа

Деформация, вызванная сваркой, не только отрицательно влияет на точность размеров, но и ухудшает характеристики продукта. Если сварочную деформацию можно точно спрогнозировать заранее, эти прогнозы помогут найти эффективные методы повышения точности производства. До сих пор существует два вида метода конечных элементов (МКЭ), которые можно использовать для моделирования сварочной деформации.Один из них — термоупругий пластиковый МКЭ, а другой — упругий МКЭ, основанный на теории собственных деформаций. Только первый из них может использоваться для расчета сварочной деформации для малых или средних сварных конструкций из-за ограничения скорости вычислений. С другой стороны, последний является эффективным методом оценки общей сварочной деформации для больших и сложных сварных конструкций, даже если он не учитывает подробный процесс сварки. Когда упругий МКЭ используется для расчета деформации, вызванной сваркой, для крупногабаритной конструкции, необходимо заранее определить собственные деформации в каждом типичном стыке.В этой статье был предложен новый метод, основанный на инверсном анализе, для определения собственных деформаций сварных соединений. Путем введения собственных деформаций, полученных предлагаемым методом, в упругий МКЭ на основе теории собственных деформаций, мы спрогнозировали сварочную деформацию конструкции панели с двумя продольными ребрами жесткости. Кроме того, были проведены эксперименты для проверки результатов моделирования.

1. Введение

Деформация, вызванная сваркой, не только отрицательно влияет на точность изготовления, но и ухудшает внешний вид продукта.Слишком много факторов влияют на окончательную деформацию во время процесса сварки, поэтому нелегко найти разумный метод уменьшения или контроля сварочной деформации, полагаясь только на эксперименты или опыт. Однако, если сварочную деформацию можно предсказать заранее, результаты моделирования помогут уменьшить сварочную деформацию, особенно в больших и сложных сварных конструкциях. Поэтому очень важно и актуально разработать эффективный метод точного прогнозирования сварочной деформации.

До настоящего времени исследователи предложили два численных подхода на основе МКЭ для оценки сварочной деформации. Один из них — термоупругий пластиковый МКЭ [1]. В этом методе термический цикл сварки, переходное напряжение, переходная деформация и сварочная деформация могут быть смоделированы, если известны условия сварки и зависящие от температуры теплофизические и механические свойства. Однако, поскольку термомеханическое поведение является сильно нелинейным явлением, требуется очень долгое время вычислений, когда термоупругий пластиковый FEM используется для расчета сварочной деформации для большой и сложной конструкции.Таким образом, в настоящее время этот метод пригоден только для малых и средних сварных конструкций [2].

Из-за ограничений термоупругого пластического МКЭ был предложен другой метод, названный методом внутренней деформации [3–5], для эффективного прогнозирования сварочной деформации для больших и сложных сварных конструкций. Если для прогнозирования сварочной деформации большой сварной конструкции используется упругий метод конечных элементов, основанный на теории собственных деформаций, необходимо заранее определить характерные деформации в каждом соединении.В принципе, существует четыре основных типа собственных деформаций, а именно: продольная усадка, поперечная усадка, поперечный изгиб (угловая деформация) и продольный изгиб. Они в основном определяются подводимой теплотой, толщиной листа и типом соединения. Для большой сварной конструкции, если эти четыре составляющих собственной деформации каждого соединения известны, полную деформацию, вызванную сваркой, можно спрогнозировать с помощью упругого МКЭ на основе теории собственных деформаций.

В настоящее время есть два метода, которые можно использовать для определения собственных деформаций сварного соединения.Один из них — метод эксперимента, другой — термоупругий пластиковый МКЭ. Поскольку продольная усадка и продольный изгиб во многих случаях очень малы, экспериментальному методу трудно получить их точные значения [6, 7]. С другой стороны, поскольку собственные деформации могут быть выражены остаточными пластическими деформациями, термоупругий пластический МКЭ можно использовать для получения компонентов собственных деформаций сварного соединения [8]. В общем, когда термоупругий пластический МКЭ используется для оценки собственных деформаций, точность расчета сильно зависит от теплофизических и механических свойств, которые следует измерять экспериментально [9].Кроме того, во многих ситуациях следует тщательно учитывать металлургические факторы и модели источников тепла [10]. Как упоминалось выше, существует множество факторов, которые могут влиять на окончательную деформацию сварной конструкции, поэтому сложно точно предсказать сварочную деформацию с использованием термоупругого пластического МКЭ, особенно для новых конструкционных материалов, поскольку их свойства материалов очень ограничены.

Чтобы преодолеть указанные выше недостатки как метода эксперимента, так и термоупругого пластического МКЭ, мы предложили новый метод, названный методом обратного анализа, для получения собственных деформаций для типичных соединений.Этот метод представляет собой новый подход, основанный на сочетании эксперимента и упругого МКЭ. В обратном анализе координаты в, и направления в небольшом количестве мест типичного соединения до и после сварки измеряются экспериментально, а собственные деформации могут быть оценены на основе этих трехмерных (3D) координат.

В качестве примера, собственные деформации углового сварного соединения были рассчитаны предложенным методом в настоящем исследовании. Используя расчетные собственные деформации, с помощью упругого МКЭ предсказывалась сварочная деформация панели с двумя продольными ребрами жесткости.Между тем, были проведены эксперименты для проверки результатов моделирования. Путем сравнения результатов моделирования и результатов измерений проверена эффективность разработанного вычислительного подхода, основанного на инверсном анализе.

2. Метод обратного анализа углового соединения

2.1. Гипотезы и процедура обратного анализа углового соединения

В принципе, сварочная деформация в типичном соединении в основном вызывается четырьмя компонентами собственных деформаций, а именно: продольной усадкой (), поперечной усадкой (), продольным изгибом () и поперечным изгибом. изгиб ().Другой вид деформации — это сочетание перечисленных выше компонентов. Согласно теории обратного анализа, если распределение собственной деформации выражается через небольшое количество параметров, каждый компонент собственной деформации может быть определен на основании измеренных значений деформации в ограниченных местах. В этом исследовании обратный анализ для получения собственной деформации в типичном соединении был предложен при следующих гипотезах: (1) В типичном соединении есть четыре основных компонента.Четыре компонента — это продольная усадка, поперечная усадка, продольный изгиб и поперечный изгиб (угловая деформация). Первые две составляющие представляют собой деформацию в плоскости, а последние две составляющие — деформацию вне плоскости. (2) Если функция распределения каждой составляющей собственной деформации выражается параметрами, общее количество параметров равно. (3) ) Диапазон распределения (длина и ширина) собственных деформаций в соединении может быть определен в соответствии с результатами, полученными с помощью термоупругого пластического анализа методом конечных элементов.(4) Трехмерные координаты точек измеряются до и после сварки. Соединение не деформируется до сварки, а после сварки деформируется. Измеряя трехмерные координаты до и после сварки в ограниченных местах, можно определить основную деформацию.

Поскольку трехмерные координаты, измеренные в точках, включают движение твердого тела, количество линейно независимых отношений равно. Таким образом, необходимым условием определения собственной деформации является.

Исходя из вышеизложенной идеи, было выбрано 17 точек на угловом соединении, как показано на рисунке 1.В угловом соединении выбрано по 14 точек с обеих сторон полки и 3 точки на стенке. Измеряя трехмерные координаты в 17 точках, мы можем определить внутреннюю деформацию

.

Советы по подготовке материала перед сваркой

Процесс сварки — очень важный этап в различных производственных процессах. Все разные типы металлов свариваются для многих различных типов изготовления. Однако для того, чтобы любой процесс сварки был точным и эффективным с первого раза, универсально верно, что основной материал должен быть правильно подготовлен.

Подготовка материала настолько важна, что ее часто документируют, чтобы обеспечить последовательность в процедуре, независимо от материала.Удаление таких покрытий, как краска, масла, смазки и ржавчина (оксиды), обеспечивает наилучшее состояние свариваемой области.

При работе с углеродистой сталью очень важно удалить любую ржавчину и другие загрязнения, например прокатную окалину. Покрытия на масляной основе и кислотные травильные химикаты также должны быть удалены перед сваркой. Удаление оксида хрома для получения декоративной отделки сплавов нержавеющей стали часто достигается прямым процессом. Но последующая очистка сварного участка для удаления любого поверхностного оксида (часто наблюдаемого как обесцвечивание рядом со сварным швом) позволяет восстановить защитный слой, который очень важен для стабилизации сплавов нержавеющей стали.Эта стабилизация известна как пассивация.

Цветные металлы создают свои собственные проблемы в процессе подготовки к сварке. У таких металлов, как алюминий и титан, промежуток времени между очисткой поверхности и сваркой короче, так как окисление может образовываться очень быстро. Слишком ранняя очистка больших площадей перед сваркой часто приводит к необходимости доработки.

Советы по ручной механической очистке

Если вы используете механическую щетку из нержавеющей или цветной стали для очистки сварных швов, запускайте ее на очень низкой скорости, от 1250 до 4250 футов поверхности в минуту (SFPM).

Струнные бортовые круги, включая варианты с двусторонней гайкой или те, которые имеют конструкцию узла с чередующимся скручиванием, обеспечат эффективную, равномерную очистку и отличный контроль оператора для очистки галтели из углеродистой стали между сварочными проходами (см. Рисунок 1 ).

Следы на поверхности можно контролировать с помощью абразивных материалов на связке и с покрытием. Доступны тонкие отрезные круги толщиной от 0,030 до 0,045 дюйма со специальной связкой и зерном, специально для обработки алюминия, нержавеющей и углеродистой стали.Они обеспечивают быструю резку, длительный срок службы, низкое трение и минимальные остаточные заусенцы на разрезаемом материале. Специально разработанные лепестковые колеса, которые включают верхнюю калибровку в материал с покрытием, уменьшают тепловыделение на материалах с плохой теплопроводностью, таких как нержавеющая сталь, и обеспечивают чрезвычайно высокую скорость съема материала.

Скорость работы — еще один важный компонент правильной подготовки и очистки шва. Хорошее практическое правило, которое следует помнить при подготовке поверхности к сварке: «медленнее, часто быстрее».«Использование низких скоростей для контроля трения помогает уменьшить загрязнение поверхности и зоны сварки. Высокие скорости контакта с поверхностью могут вызвать избыточную вибрацию, в результате чего абразивный материал или кончики щеток будут скользить по поверхности, позволяя загрязнениям оставаться. Высокая скорость работы также может снизить вашу способность управлять инструментом.

Снижение скорости всего на 10 процентов может обеспечить более эффективную подготовку поверхности и увеличить срок службы расходных материалов, что сделает процесс подготовки сварного шва более экономичным.Электроинструмент с регулируемой скоростью может помочь точно настроить вашу рабочую скорость. Хотя эти электроинструменты, как правило, требуют немного больших предварительных вложений, они обычно окупаются, если учитывать утомляемость оператора и производительность расходных материалов.

При работе с цветными материалами использование нетканых абразивных материалов, таких как диски для кондиционирования или чистовой обработки поверхности, может быть проблематичным, поскольку эти продукты обычно состоят из рыхлой нейлоновой нити, пропитанной абразивным зерном, и склонны к плавлению и «размазыванию» при бегать на высоких скоростях.Это не только может повлиять на эффективность абразива, оставив неровную поверхность, но и может оставить следы нейлона на заготовке. Этот остаток нарушает целостность сварного шва и требует доработки.

Во избежание других типов поверхностного загрязнения и загрузки или засорения абразива используйте только продукты, предназначенные для использования на алюминии и других цветных металлах.

При работе в стесненных условиях ручные щетки могут быть вашим лучшим инструментом. Специально разработанные щетки, такие как щетка для царапин с V-образной канавкой, которая имеет три ряда проволоки, расположенные под углом к ​​чрезвычайно узкой поверхности щетки, позволяют вам сосредоточиться и проникнуть в эти труднодоступные места (см. Рисунок 2, ).Дополнительным преимуществом этой полноразмерной щетки является то, что она дает вам лучший контроль в перчатках.

Общие передовые методы

Для достижения наилучших общих характеристик любого продукта, используемого для подготовки поверхности шва, важно рассчитывать и контролировать как скорость, так и трение, прикладываемое к поверхности. Лучше всего проконсультироваться с рекомендациями производителя относительно максимальной скорости вращения для безопасного использования расходных материалов в зависимости от материала и размера диска.

Избегайте удаления слишком большого количества основного материала или создания глубоких царапин вокруг области сварного шва.Удаление слишком большого количества материала, также известное как подрезы, может привести к образованию включений или плохому управлению дугой во время процесса сварки. Это серьезная проблема, если вы работаете с заготовкой, предварительно обработанной плазменной или газовой резкой. Обычно избыток плазменного шлака или шлака удаляется долотом или стачивается с помощью очень грубого абразивного материала. Это может оставить глубокие следы на заготовке и загнать поверхностные загрязнения глубоко в свариваемый материал, увеличивая вероятность пористости сварного шва или плохой адгезии покрытия на более поздних этапах процесса изготовления.Любая из этих ошибок может привести к дорогостоящей доработке.

Также избегайте перекрестного загрязнения, используя новый чистый абразивный материал. Загрязнение может происходить прямо или косвенно. Прямое загрязнение, например, от использования стальной проволочной щетки на алюминиевой детали, можно предотвратить, если вы храните расходные материалы для черных и цветных металлов отдельно и организованно.

Реальная проблема заключается в предотвращении косвенного загрязнения, которое может быть вызвано переносимой по воздуху пылью от других производственных процессов на том же предприятии.Использование любых абразивных материалов приведет к образованию пыли, которая легко разлетится по всему магазину. Одно из экономичных и эффективных решений — хранить новые абразивные материалы в прозрачных пластиковых пакетах, чтобы они были видны и защищены от пыли. Вам также следует заменить мягкие материалы, такие как картон, на рабочей поверхности (остерегайтесь потенциальной опасности возгорания). Или вы можете положить тонкий лист нержавеющей стали поверх стального рабочего пространства, чтобы уменьшить вероятность загрязнения.

Установление ежедневного режима уборки как на рабочем месте, так и на других поверхностях, таких как крышки ламп, ящики для инструментов и шкафы, окупится за счет снижения риска загрязнения.

Джон Томпсон — национальный технический менеджер по продажам в PFERD, 262-255-3200, www.pferd.com.

.