Что такое деформация при сварке?

Деформация при сварке — это изменение формы, ориентации или размеров металлической детали из-за нагрева и охлаждения во время сварки. Это нежелательное изменение происходит потому, что металл расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении.

При сварке интенсивное тепло концентрируется в определенной области металлической детали, вызывая расширение и сжатие этой области и создавая неравномерные напряжения. Это внутреннее напряжение может привести к необратимой деформации металла.

Чтобы лучше понять концепцию, представим, что вы свариваете две стальные пластины. Металл в зоне сварки будет нагреваться, в то время как остальная часть металла останется при относительно низкой температуре.

По мере охлаждения зоны сварки она начинает сжиматься. Это сжатие создает растягивающее усилие, сближая окружающий металл и деформируя всю деталь. Таким образом, деформация возникает из-за неравномерной усадки при сварке.

■Почему искажение имеет значение

Не следует игнорировать деформацию при сварке, поскольку даже незначительные деформации могут привести к серьезным повреждениям. Давайте рассмотрим, какие проблемы может вызвать деформация:

• Низкая точность размеров
• Несоосность сборки
• Дополнительные требования к механической обработке
• Высокие производственные затраты
• Задержка и доработки
• Снижение качества продукции

Контроль деформации при сварке имеет решающее значение для отраслей, требующих высочайшей точности, таких как аэрокосмическая промышленность, судостроение и производство сосудов под давлением.

Почему возникает деформация при сварке?

Невозможно избежать деформации при сварке, не зная причин её возникновения. Поэтому вот некоторые распространённые причины деформации при сварке.

Тепловое расширение и сжатие

Основными причинами деформации являются тепловое расширение и сжатие. Нагрев металла сварочной дугой приводит к расширению нагретой области. Более холодный окружающий металл ограничивает расширение. Следовательно, возникают внутренние напряжения.

После начала охлаждения сварной шов сжимается. Окружающий материал оказывает сопротивление этому сжатию. Если напряжения превышают предел текучести материала, происходит необратимая деформация.

Неравномерный нагрев

Если бы было возможно равномерно нагревать и охлаждать всю конструкцию, деформация, вероятно, была бы минимальной. Однако сварка концентрирует тепло в очень малой области.

Например, если сварить длинный шов с одной стороны пластины, то сторона, которая была нагрета, сожмется сильнее, чем противоположная сторона, что вызовет угловую деформацию.

Усадка металла сварного шва

После сварки металл охлаждается и затвердевает, поэтому он всегда сжимается. Важно знать, что чем больше объем, тем больше сила усадки при сварке. Именно поэтому слишком большие сварные швы создают большую деформацию, чем меньшие.

Условия ограничения свободы

Способ крепления или фиксации детали в определенном месте также может влиять на деформацию сварного шва. Если деталь свободна, она будет двигаться, что приведет к деформации.

С другой стороны, прочно закрепленный компонент может быть слишком сильно ограничен в движении, несмотря на кажущуюся прямолинейность. В этом случае компонент может иметь значительное остаточное напряжение, которое может вызвать проблемы в дальнейшем.

Виды деформаций при сварке

Различные условия сварки могут приводить к различным типам деформаций. Знание закономерностей и типов деформаций при сварке поможет вам выявить проблемы и своевременно их устранить.

Факторы, влияющие на деформацию при сварке.

На величину сварочной деформации могут влиять различные факторы. Давайте рассмотрим, какие факторы необходимо учитывать при сварке.

● Тепловая мощность

Тепловое воздействие является одним из наиболее тесно связанных факторов, влияющих на деформацию при сварке.

Увеличение количества факторов, влияющих на подвод тепла, означает:

1. Более обширные зоны теплового воздействия
2. Дальнейшее расширение
3. Больше контрактов
4. Повышенный риск деформации при сварке.

Например, низкая скорость сварки и высокий ток приводят к гораздо большей деформации по сравнению с более высокой скоростью сварки и низким током.

● Свойства материала

Различные металлы ведут себя по-разному при воздействии сварочного тепла. Чем выше коэффициент теплового расширения материала, тем больше вероятность деформации. По сравнению с углеродистой сталью, нержавеющая сталь и алюминий гораздо чаще подвержены деформации.

● Толщина пластины

Тонкие материалы легко деформируются из-за их низкой устойчивости к усадочным силам. Например, металлический лист толщиной 2 мм может значительно деформироваться. С другой стороны, металлическая пластина толщиной 25 мм может показать лишь незначительные признаки деформации.

● Конструкция соединения

Объем сварного шва и усадка напрямую зависят от формы соединения. Неправильная конструкция соединения может увеличить вероятность деформации. К неправильным конструкциям соединений относятся большие углы канавки, чрезмерное раскрытие корня шва или слишком большие угловые швы. Поэтому лучше иметь сбалансированную конструкцию соединения, чтобы снизить вероятность деформации.

● Последовательность сварки

Последовательность выполнения сварных швов влияет на распределение напряжений. При неправильной последовательности силы, вызывающие усадку, могут концентрироваться, и вероятность деформации может увеличиться. Сбалансированная последовательность сварки часто помогает более равномерно распределить напряжения.

● Фиксация и закрепление

Для фиксации свариваемых деталей могут использоваться различные зажимы, приспособления, шаблоны и усиливающие элементы. Они помогают минимизировать перемещение деталей в процессе сварки.

Однако следует помнить, что чрезмерное ограничение движений может привести к увеличению остаточных напряжений. Идеальная ситуация — это наличие оптимального уровня ограничения движений, который минимизирует движения, но при этом не способствует возникновению остаточных напряжений.

Как предотвратить деформацию при сварке

Хотя искажения можно исправить, это менее эффективно и дороже, чем полное их устранение.

1. Минимизировать подвод тепла.

Ваша цель должна заключаться в том, чтобы использовать как можно меньше тепла, но при этом добиться удовлетворительного сплавления. Этого можно достичь, выбрав более высокую скорость перемещения. Вы даже можете уменьшить размер сварного шва или выбрать более оптимальный процесс сварки. Также рекомендуется исключить ненужные сварочные проходы. Уменьшение количества тепла снижает вероятность деформации.

2. Используйте правильную конструкцию соединения.

Объём сварного шва можно уменьшить за счёт грамотной конструкции соединения. Например, можно использовать соединения с двойным V-образным пазом вместо одинарного. Можно выбрать меньшие углы паза и даже оптимизировать зазоры в корне шва. Выбирая сбалансированную конструкцию, можно уменьшить силы, вызывающие усадку.

3. Примените сбалансированную сварку.

Наилучшее расположение сварных швов — сбалансированное. Необходимо обеспечить симметрию. Например, если вы свариваете одну сторону конструкции, убедитесь, что вы сварили и противоположную сторону. Компенсируя усадку, вы сможете обеспечить хорошее выравнивание.

4. Используйте метод пропущенной сварки.

При сварке с пропуском швов сварные швы располагаются сегментами в разных, разбросанных местах. Они не образуют непрерывный шов от одного конца до другого. Преимуществами сварки с пропуском швов являются меньшая концентрация тепла, уменьшение деформации и улучшенное распределение напряжений.

5. Используйте обратную сварку.

При сварке с обратным швом короткие сварные швы располагаются в направлении, противоположном основному направлению сварки. Это помогает контролировать усадку и улучшить общий контроль размеров сварной конструкции.

6. Используйте зажимы и приспособления.

Качественная фиксация помогает предотвратить чрезмерные смещения во время сварки. К распространенным инструментам относятся прихваточные швы, шаблоны, опоры и зажимы. Эти инструменты обеспечивают правильное выравнивание во время сварки.

7. Предварительная настройка

Этот метод предполагает целенаправленное размещение деталей в противоположных от ожидаемого места деформации направлениях. По мере охлаждения и сжатия сварного шва детали перемещаются в желаемое конечное положение. Примером такого метода может служить ситуация, когда ожидаемый изгиб сварного шва вверх составляет 3 градуса; в этом случае его следует изогнуть вниз на тот же угол перед началом сварки.

Как исправить деформацию при сварке

Что происходит, когда в результате сварки возникают деформации? Вот несколько эффективных стратегий, которые помогут вам исправить эти деформации и повысить точность размеров.

● Механическое выпрямление

Механическое выпрямление — это метод, предполагающий приложение физической силы. Эта сила помогает вернуть компонентам желаемую форму.

Для механического выпрямления можно использовать прессование, прокатку, домкратирование и удары молотком. Этот метод наиболее эффективен, когда деформация незначительна.

● Термическое выпрямление

Термическое выпрямление включает в себя приложение тепла, которое создает силу усадки, противоположную деформации. Нагретая область расширяется, а затем при охлаждении сжимается.

Сжатие возвращает компонент в исходное положение. Этот метод часто используется в судостроении и при изготовлении конструкций.

● Выпрямление пламенем

Выпрямление пламенем — это специализированный метод термической коррекции. В этом случае горелка подает контролируемый нагрев по заранее определенной схеме на выбранные участки. После охлаждения металл сжимается, самостоятельно исправляя деформацию.

● Термическая обработка для снятия напряжения

Термическая обработка для снятия напряжений — это метод, который минимизирует остаточные напряжения. Она осуществляется путем равномерного нагрева всего металла до заданной температуры с последующим постепенным охлаждением.

К преимуществам относятся снижение остаточных напряжений при сварке, повышение стабильности размеров и уменьшение вероятности образования трещин.

● Контролируемая повторная сварка

Деформацию можно устранить с помощью стратегически расположенных корректирующих сварных швов. Например, можно нанести сварку на противоположной стороне деформированного компонента, где произошла усадка. Это создаст силу усадки, которая вернет конструкцию в желаемое положение.

● Использование современного сварочного оборудования

Сегодня, продвинутый сварочное оборудование Это позволяет лучше контролировать температуру и повышает точность. Благодаря этому значительно снижается деформация при сварке.

СЕНЛИСВЕЛД, Например, компания является одним из производителей, предлагающих сложную линейку сварочного оборудования. Они разработали передовые сварочные решения, обеспечивающие лучший контроль подводимой температуры, улучшенное качество сварки и меньшую деформацию.

Внедрение правильного оборудования и технологий позволяет значительно свести к минимуму необходимость в корректирующих работах после сварки.

Заключение

Часто задаваемые вопросы