МДК 02.01 — ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

1. Как называется одно из свойств металла  - изменение размера под воздействием температур?

2. Как называются собственные напряжения и деформации, которые присутствуют в металле даже без воздействия на него?

3. От чего возникают остаточные напряжения?
 
4. Что такое - Реактивные напряжения, и от чего они возникают?

 
5. Как избежать Реактивных напряжений, и каким вспомогательным оборудованием необходимо воспользоваться для их уменьшения?

6. В зависимости от причины возникновения собственные напряжения разделяют на: ____________________ ?

7. Вследствие чего появляются - Тепловые напряжения?

8. Вследствие чего появляются  - Структурные напряжения?

 
9. Что такое - нагревание выше Критической температуры?

10. Какие преобразования происходят во время нагревания металла?

11. Какие - Собственные напряжения бывают в зависимости от времени существования, и при каких условиях возникают и исчезают?

12. Какие три вида напряжений существуют в зависимости от площади действия?

13. Какие преобразования возникают при сварке легированных и высокоуглеродистых сталей, и что они меняю при охлаждении?  

14. Что значит – Предел прочности?

15. К каким деформациям приводит напряжение, которое превышает - границы Текучести метала?

16. К каким дефектам приводят напряжения, когда происходит - превышение Границы прочности?

17. Что такое  - Статическое нагружение?

18. Что такое  - Динамическое нагружение?

 
19. Что такое - Циклическое нагружение?

20. Что такое  - Литейная усадка?

21. Что представляет собой при сварке - Компенсация деформаций, и как проводится?

22. Что такое - Обратноступенчатый способ сварки?

 

ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Одним из свойств металла является изменение размера под воздействием температур.

(изменение температуры металлической детали приводит к ее деформации: нагрев — детали приводит к увеличению ее размеров, охлаждение — к уменьшению).

Под воздействием высокой температуры металл расширяется.

(как сильно он расшириться зависит от температуры нагрева и коэффициента линейного расширения материала).

При сборочно-сварочных работах, сварочном процессе изготовления металлоконструкций, неизбежны деформации...

И чтобы минимизировать влияние термической обработки (тепловом воздействии на металл) необходимо учитывать ряд рекомендаций, правил, которые надо соблюдать, чтобы не изменить в процессе изготовления изделий из металла, их геометрию, заданную чертежами.

 Деформации и напряжения могут быть вызваны не только воздействием внешних сил.

Существуют так называемые собственные напряжения и деформации, которые присутствуют в металле даже без воздействия на него.

Собственные напряжения могут быть: реактивными и остаточными.

Остаточные напряжения появляются в результате местной пластичной деформации и остаются у изделия после сварки.

Реактивными называют напряжения возникшие во время сварки жестко закрепленной конструкции. (в кондукторе)

Классификация напряжений и деформаций

В зависимости от причины возникновения собственные напряжения разделяют на:

Тепловые напряжения — появляются в следствии неравномерного

распределения температуры во время сварки.

Структурные напряжения — появляются в следствии

преобразования структуры во время нагревания выше критической температуры.

=====================

В зависимости от времени существования собственные напряжения бывают:

временные — существуют при определенных фазовых преобразованиях и исчезают при охлаждении.

остаточные — остаются даже после исчезновения причин их образования.

=======================

Зависимо от площади действия различают три вида напряжений:

Напряжения - которые действуют в объемах конструкции.

Напряжения - которые действуют в рамках зерен металла.

Напряжения - которые существуют в кристаллической решетке металла.

=======================

По направлению действия напряжения и деформации бывают:

продольные — вдоль оси сварочного шва;

поперечные — направлены перпендикулярно оси шва.

====================

По виду напряженного состояния напряжения бывают:

линейные — действуют в одном направлении;

плоскостные — действуют в двух направлениях;

объѐмные — действуют в трех направлениях.

Напряжения также могут быть - сдавливающими и

растягивающими.

====================

Деформацию называют общей — если она изменяет размер всего изделия, и местной — если она изменяет часть изделия.

Деформации могут быть пластичными и упругими.

Если конструкция восстанавливает свою форму и размер после сварки, то такая деформация называется упругой, а если не восстанавливается — пластичной.

Структурные преобразования

При сварке легированных и высокоуглеродистых сталей часто возникают структурные преобразования в металле — меняются размеры и расположение зѐрен металла при охлаждении.

Поэтому меняется первоначальный объѐм металла и возникают внутренние напряжения.

Причины появления напряжений и деформаций

Напряжение, которое превышает границы текучести метала, приводит к появлению пластических деформаций, которые изменяют размеры и форму конструкции.

Напряжения превышающие границу прочности приводит к появлению в трещин.

(предел прочности – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения (временное сопротивление разрыву)

!!!! (помнить) Что такое - Механические свойства металлов.

Предел текучести характеризует - сопротивление материала небольшим пластическим деформациям, (в зависимости от материала)

Физический предел текучести – это напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке.

Нагружения:

Статическое нагружение – нагрузка на образец возрастает медленно и плавно.

Колонны

Динамическое нагружение – нагрузка возрастает с большой скоростью, имеет ударный характер.

Балки

Повторно, переменное или циклическое нагружение – это нагрузка в процессе испытания многократно изменяется по величине или по величине и направлению.

Неравномерное нагревание

При нагревании металла, жестко связанного с холодным металлом, образовываются - сдавливающие и растягивающие напряжения. Это связано с изменением размеров металла при нагревании.

Литейная усадка

Литейная усадка расплавленного металла сопровождается уменьшением объема металла при его кристаллизации. Так как расплавленный металл связан с основным, под воздействием литейной усадки возникают продольные и поперечные напряжения.

Методы противодействия напряжениям и деформациям.

Последовательность наложения швов устанавливается с таким расчетом, чтобы деформации, вызванные наложением предыдущего шва, были ликвидированы обратными деформациями после наложения последующего шва.

Для предупреждения возникновения высоких сварочных напряжений:

1. использовать способы сварки, обеспечивающие минимальный разогрев заготовок

2. не следует допускать скопления сварных швов и пересечений их друг с другом.

3. уменьшение веса наплавленного металла.

4. выполнение длинных швов обратно-ступенчатым способом.

5. Жесткое закрепление свариваемых деталей (этот способ хотя и уменьшает деформации, но вызывает появление внутренних напряжений, остающихся после сварки)

Предварительный и сопроводительный подогрев.

Предварительный и сопроводительный подогрев сталей улучшает механические качества шва и прилегающей зоны, уменьшает пластические деформации и остаточные напряжения.

Используют для сталей склонных к закалке и образованию кристаллизационных трещин.

Регулирование теплового состояния металла используют сварку методами с более концентрированными тепловыделением (сравнение зоны нагревания металла разными видами сварки) регулируют температуру с помощью термоотводящих прокладок, специальных пластин или охлаждают зону сварки воздухом.

Компенсация деформаций

Предупреждения деформации при помощи их компенсации.

Перед изготовлением конструкции необходимо предвидеть правильный порядок выполнения сборочно- сварочных операций!

Для этого используют такие методы:

1. длинные швы РДС сваривают в обратно-ступенчатом порядке, а полуавтоматическую сварку «на проход» .

2. сварку толстостенных швов многопроходным методом выполняют так, чтобы каждый проход был в противоположном направлению предыдущему.

3. листы металла сваривают сначала поперечными швами, а потом между собой.

4. у двутавровых балок сваривают сначала стыковые соединения стенок, а после этого поясные швы.

5. симметрически расположенные многопроходные швы сваривают методом уравновешивания деформаций.

При изготовлении сварочных конструкций следует пользоваться правилом:

Деформации должны быть равными по величине и обратными по направлению сварки.

Обратноступенчатый способ сварки заключается в том, что весь шов разбивают на участки длиной 150—200 мм, 200—300 мм (ступени).

Длину участка выбирают такой, чтобы провести сварку целым числом электродов.

При сварке тонкого металла участки делают короче, при сварке более толстого — длиннее.

Сварку каждого участка (ступени) ведут в направлении, обратном общему направлению сварки.

Обратноступенчатый способ сварки имеет несколько разновидностей:

Швы средней длины сваривают - от одного конца шва к другому.

Сварка каждой ступени производится в направлении предыдущего сваренного участка таким образом, что конец каждой ступени сваривают с началом предыдущей.

Швы большой протяженности сваривают обратноступенчатым способом от середины к краям.

При сварке обратноступенчатым способом многослойных швов концы участков (ступеней) в смежных слоях не должны совпадать, и их необходимо сдвигать на 15—20 мм, это делают потому, что в точках начала и конца швов наиболее вероятно появление дефектов (непроваров, шлаковых включений) каждый последующий слой следует выполнять в направлении, противоположном предыдущему.

Другие методы исправления деформаций.

Появляющиеся после сварки деформации, которых не удалось избежать, можно выравнивать по холодному металлу (механическим воздействием), тепловым безударным методом или комбинированными методами.

Выпрямление деталей по холодному металлу выполняют с целью растягивания волокон зоны сварки. Для этого выпрямляют детали под прессом, грузом, прокатывают роликами, в вальцах и т. д.

Тепловыми безударными методами выпрямляют детали для сокращения волокон основного металлу и тем самым компенсируют сокращения сварочных соединений. Нагревают поверхность металла полосками или треугольникам, без расплавления поверхности газовыми горелками или током высокой частоты.

Комбинированный метод предусматривает использование нагревание деталей с использованием механического воздействия.

Такой метод компенсирует сокращения волокон сварочного соединения укорачиванием основной металл. Для механического воздействия используют скобы, стяжки, домкраты, удары кувалды.

=========================================

ДЕФЕКТЫ ДЕФОРМАЦИИ ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

 

Как устраняются деформации в технологическом процессе производства сварных конструкций

Какой бы точной ни была сварка, деформация изделия неизбежна. Однако существуют способы борьбы с ней до и после сварочных работ.

Рассмотрим процесс на примере сварки двутавра. Отступлениями от его проектной геометрии бывают:

Уменьшение длины двутавра.

Происходит это в процессе изготовления четырех швов, соединяющих стенки и полки балки.

Существуют два способа избежать уменьшения: предусмотреть усадку и взять заготовку большей длины или катет сварочного шва необходимо уменьшить до минимальных значений, которые могут быть установлены.

Перекашивание стенки и полки.

Причин возникновения перекоса, как правило, две: неправильная сборка или отсутствие жесткого закрепления положения полки относительно стенки с противоположной стороны от сварочного шва. Закрепляют полку чаще всего прихваткой раскосов, материал которых подбирают отдельно, поскольку слабый раскос может быть согнут вместе с полкой.

Грибовидность полки сварной балки.

Данный дефект бывает сложно исправить, но он обязательно возникнет, защититься от него невозможно. Можно только добиться минимальных допустимых значений грибовидности.

Существует несколько способов предупреждения данного дефекта.

Первый – в уменьшении катета сварочного шва до минимальных допустимых значений и минимизации величины зазоров между деталями до сварки, поскольку наиболее частой причиной являются именно их увеличенные размеры.

 

 

Второй способ заключается в подготовке полки с обратным загибом.

Как же бороться с грибовидностью?

Сделать это поможет термическая правка, которая, несмотря на большую трудоемкость процесса, остается самым доступным методом.

 

Процесс заключается в нагреве наружной части полки (напротив оси стенки) ручным автогенным резаком.

 

 

Это делается при тонкой стенке. Если же стенка толстая, то нагрев происходит напротив сварного шва. Результат нагрева будет виден только через некоторое время, поэтому перегрев недопустим.

Если же он произошел, появится обратная грибовидность и придется повторно нагревать конструкцию, но уже в месте сварочного шва.

Саблевидность или серповидность двутавровой балки.

Это, пожалуй, самый часто встречающийся дефект изделия. Причина – изменение последовательности действий при изготовлении.

Она должна производиться. Для того чтобы она не появилась, необходимо осуществлять сварку от центра к краю обратно ступенчатым способом.

 

 

Такой вариант иногда помогает обойтись без дефекта. Однако основным способом борьбы все же остается использование специального пресса для механической правки серповидности и саблевидности.

Если же доступа к такому оборудованию нет, то придется воспользоваться термической правкой.

Нагрев производится всегда со стороны, обратной дефекту.

В результате происходит исправление.

Саблевидная деформация двутавра происходит в случае приваривания по боковой поверхности поперечных ребер жесткости или частей фасонок, к отверстиям которых крепятся части балочной конструкции.

 

Избежать искривления невозможно, но следует принять превентивные меры для минимизации:

При полуавтоматической сварке конструкции присоединение ребер жесткости частично делается до соединения стенки и полок.

 

Перед основной сваркой делается шов под ребром, а затем уже продольно соединяют полки и стенку.

Если в первую очередь производится сварка полок и стенки, то присоединение ребер жесткости делают при минимальных температурах и наименее допустимых катетах швов. Наилучшим вариантом может стать приваривание ребер поочередно с каждой стороны двутавровой балки, чтобы они компенсировали деформации друг друга. Но только в случае конструктивной возможности такого процесса.