Co způsobuje deformaci ve svařované konstrukci?

Deformace a pnutí při svařování vznikají vlivem tepla generovaného zdrojem svařovacího proudu. K hlavním příčinám svářecí napětí a napětí zahrnují: nerovnoměrný ohřev a ochlazování svařované konstrukce, smrštění odlitku kapalné svarové lázně, jakož i strukturální přeměny ve svarovém kovu a tepelně ovlivněné oblasti.

Nerovnoměrný ohřev a ochlazování kovových konstrukcí při svařování způsobuje vznik tepelných vnitřních pnutí. Ke změnám pevnosti a tažnosti kovů dochází jak při svařování železných kovů, tak při svařování neželezných kovů a slitin. Navíc, čím vyšší je teplota ohřevu a čím nižší je tepelná vodivost kovu, tím vyšší budou tepelné deformace a napětí ve svarovém spoji.

Smrštění odlitku svarové lázně způsobuje vznik zbytkových pnutí a deformací v kovových vrstvách přiléhajících ke svaru. To je způsobeno skutečností, že po ochlazení se svarová lázeň zmenší na objemu a začne natahovat blízké vrstvy kovu. Zároveň platí, že čím menší je objem svarové lázně, tím menší je velikost napětí a deformací, které vznikají při jejím tuhnutí.

Strukturální přeměny v kovu způsobují tahová a tlaková napětí. A v některých případech tyto transformace způsobují změnu objemu svařovaného kovu. Při svařování nízkouhlíkových ocelí jsou napětí od strukturálních přeměn nevýznamná a výrazně neovlivňují kvalitu svarového spoje. Při svařování legovaných ocelí obsahujících více než 0,35 % uhlíku jsou deformace a napětí při svařování poměrně značné a mohou způsobit vznik trhlin za tepla ve svaru.

Vnitřní pnutí a deformace při svařování negativně ovlivňují pevnost kovové konstrukce. Pokud mají svařované oceli tendenci tvořit kalící struktury, mohou být napětí velmi vysoká a v některých případech dokonce způsobit horké a studené trhliny během svařování.

Mechanismus vzniku deformací a pnutí při svařování

Uvažujme mechanismus vzniku zbytkových deformací a napětí. Každý ví, že když se kov zahřívá, roztahuje se, a když se ochladí, smršťuje se. Co se ale stane, když je kov sevřen a není prostor pro jeho expanzi?

Položme například mezi stěny kovovou tyč, jak je znázorněno na obrázku. V tomto případě se uprostřed tyče vytvoří svar a tato tyč se působením elektrického oblouku rovnoměrně zahřeje na teplotu 600 °C. Při zahřátí se blok zahřeje a má tendenci se prodlužovat. Ale není kam prodloužit laťku, protože překáží stěny, mezi nimiž je sevřeno. V důsledku toho začnou na blok působit tlakové síly z bočních stěn.

Vlivem bočních stěn se zahřátý blok, který se stal plastičtějším, zmačká a přestane odtlačovat stěny od sebe. Pak se při chladnutí začne zužovat a zkracovat o tolik, o kolik se prodloužit nepodařilo. Boční stěny nedovolily tyči se volně roztahovat a v důsledku toho v ní vznikala vnitřní tahová napětí.

K podobným mechanismům dochází při svařování kovů. Vrstvy základního kovu, které nebyly vystaveny ohřevu a zachovaly si svou tuhost, neumožňují zkrácení kovu tepelně ovlivněné zóny. A vrstvy kovu v tepelně ovlivněné zóně mají zase tendenci rozdrtit kov umístěný vedle nich.

Složitý obraz pnutí a deformací uvnitř kovu při svařování se ještě více zkomplikuje při provádění křížících se švů nebo v případě předehřívání nebo při upevňování svařovaných výrobků. V důsledku toho se kovové konstrukce po svařování deformují, ohýbají a deformují. A to se děje dlouho předtím, než jsou vystaveny provoznímu zatížení. Dále vám doporučujeme přečíst si článek: „Druhy deformací a napětí při svařování“, který je pokračováním tématu deformací při svařování.

Další související materiály:

Ke snížení vnitřních deformací a pnutí se používá řada technologických metod, pokud jde o techniku ​​a posloupnost švů a jejich umístění, při volbě správné konstrukce výrobku a při volbě režimů ručního obloukového svařování. Opatření k zamezení deformace při svařování
Jedním ze způsobů, jak eliminovat deformace svařování, je svařování v přípravcích – speciálních zařízeních, která umožňují pevné upevnění produktu. Navíc se často používá předběžná deformace svařovaných dílů. Směr předběžné deformace by měl být opačný než očekávaná deformace při svařování. Toto opatření se také nazývá metoda předběžného ohýbání. Tato metoda se používá k zamezení úhlových deformací při svařování koutových svarů a při svařování přeplátovaných spojů. Při svařování plechů malé šířky se ohýbají v opačném směru, než je předpokládaná deformace. V případě svařování plechů velké šířky jsou jejich svařované okraje předem ohnuté. Aby se zabránilo deformacím při svařování spojů T a I nosníků, jsou zajištěny v zařízeních, která ohýbají díly v opačném směru, než je očekávaná deformace. Technika svařování, aby se zabránilo deformaci svařování

Existují různé možnosti svařovacích technik, které mohou snížit svářecí napětí a vývody. Při vytváření svarů dlouhé délky použijte pro průchod metodu svařování v obrácené fázi (schéma a) na obrázku vlevo). Při provádění vícevrstvého svařování se ukládají kaskádové svary nebo šoupátko. Každá z těchto vrstev (kromě první a poslední) je kovaná. Kromě toho jsou svary provedeny tak, že každý následující šev způsobuje napětí opačná než napětí z předchozího švu (diagramy b) ac) na obrázku vlevo).

Sled svařování by neměl bránit případné volné deformaci svařované kovové konstrukce. Například při svařování plechových palubek je nutné nejprve svařit plechy v každé vrstvě palubovky a poté svařit vrstvy dohromady (viz obrázek vpravo).
Při svařování viskózních materiálů se používají metody svařování ke snížení zbytkových napětí. Tyto metody zahrnují zajištění součásti, která má být svařována, ve speciálních zařízeních. V takových zařízeních se svařované díly sestaví, svaří a ochladí. Kromě toho se používají různé techniky pro rychlý odvod tepla ze svařovaného výrobku, například při chlazení pod tekoucí vodou, nebo odvod tepla pomocí měděných podložek.
Pokud je svařovaný kov náchylný k tvorbě kalících struktur, pak náhlé ochlazení svaru a tepelně ovlivněné zóny vede ke vzniku vnitřních pnutí a vzniku studených trhlin v kovu. Aby se snížil teplotní rozdíl v kovu, provádí se předehřev před svařováním. Pokud se svářečské práce provádějí při nízkých teplotách, je ohřev nutný, i když se svařují nízkouhlíkové oceli.

Tepelné zpracování po svařování pro eliminaci pnutí a deformací

Dovolená po svařování pro uvolnění stresu Při svařování uhlíkových konstrukčních ocelí se provádí obecné vysokoteplotní popouštění. K tomu se svařovaný výrobek zahřeje na teplotu 630-650 °C, udržuje se na této teplotě a ochladí. Doba výdrže se určuje rychlostí 2-3 minuty na milimetr tloušťky kovu. K ochlazování svarového spoje by mělo docházet pomalu, aby při ochlazování znovu nevznikala vnitřní pnutí. Rychlost ochlazování oceli se určuje v závislosti na jejím chemickém složení. Čím více prvků podporujících kalení je v oceli přítomno, tím nižší je rychlost ochlazování při popouštění po svařování. Často se svarový spoj ochladí v peci na teplotu 300°C a poté na běžném vzduchu. Žíhání k odstranění vnitřních pnutí Žíhání k odstranění pnutí a deformací při svařování se provádí při plné nebo nízké teplotě. Během úplného žíhání se svařovaný výrobek zahřeje na teplotu 800-950°C, udržuje a chladí společně s pecí. Po takovém popouštění se houževnatost a tažnost svaru zvyšuje a tvrdost klesá. Při nízkoteplotním temperování se svarový spoj zahřeje na teplotu 600-650°C a ochlazuje spolu s pecí. Při takovém temperování se kov zahřeje na teploty pod kritickou hodnotou, proto nedochází k přeměnám v krystalické struktuře kovu. Úprava argonovým obloukem pro zmírnění zbytkového napětí Pro odstranění zbytkových pnutí a deformací po svařování se používá úprava argonovým obloukem. Její podstata spočívá v tom, že přechodová zóna od svaru k základnímu kovu je natavena netavitelnou elektrodou v prostředí argonu. Když se tato přechodová zóna roztaví, napětí působící mezi svarovým kovem a základním kovem zmizí. Během krystalizace se znovu objeví, ale jejich velikost bude mnohem menší než původní. Tato metoda umožňuje snížit zbytková napětí až o 70 %. Kromě snížení pnutí umožňuje tato metoda plynulý přechod od švu k základnímu kovu a to výrazně zvyšuje pevnost konstrukce. Kování svaru pro snížení napětí a odstranění deformací Pokud se ve svarovém kovu nebo blízkých oblastech kovu vytvoří další plastické deformace, mohou být zbytková napětí a deformace během svařování zcela eliminovány. K tomu se vykují svarové švy. Svarový spoj se kuje za chlazení při teplotách nad 450 °C nebo pod 150 °C. Při teplotách od 200°C do 400°C se kování neprovádí z důvodu zvýšeného rizika roztržení. Švy jsou kovány ručně pomocí kladiva o hmotnosti cca 1 kg. Je povoleno používat pneumatické kladivo. V případě vícevrstvých švů neprokujte poslední vrstvu a první, na kterých se mohou vlivem nárazů vytvořit praskliny. Tímto způsobem se uvolní napětí v kovu při svařovacích vadách nebo při provádění uzavíracího svaru. Tepelné rovnání kovů Pro eliminaci deformací při svařování lze použít tepelné rovnání, při kterém se svarový spoj ohřívá plynovým plamenem nebo elektrickým obloukem z netavitelné elektrody. Při tepelném rovnání se kov zahřeje na teplotu 750-850°C a začne se rychle roztahovat. Studené vrstvy kovu, které jej obklopují, však brání jeho rozpínání a způsobují plastickou deformaci této oblasti. Při ochlazování se kov vyhřívané oblasti smršťuje a dochází v něm k částečné nebo úplné eliminaci deformací. Mechanické rovnání svarového spoje Při svařování tenkého kovu (do 3 mm) se rovnání provádí ručně pomocí kladiva. Pro velké tloušťky kovu se používají lisy. Tento způsob eliminace deformací při svařování nenašel široké uplatnění, protože Vhodnější metodou je tepelné rovnání. Po mechanickém narovnání zůstává na povrchu kovu lokální zpevnění a mez kluzu v této oblasti se zvyšuje. Zároveň se snižuje tažnost oceli. Taková heterogenita mechanických vlastností negativně ovlivňuje statickou pevnost celé kovové konstrukce a při jejím provozu při proměnlivém zatížení.

Doporučujeme vám přihlásit se k odběru našich stránek na sociálních sítích: Facebook | VKontakte | Twitter | Google+ | Spolužáci