Najlepsze techniki korygowania odkształceń spawalniczych

Podczas produkcji spawanych elementów konstrukcyjnych, pomimo podjęcia szeregu niezbędnych środków, często nieuchronnie występuje odkształcenie resztkowe; dlatego też, gdy odkształcenie resztkowe przekracza wymagania techniczne, należy podjąć środki w celu jego skorygowania.

Typowe metody korekcji obejmują korekcję ręczną, korekcję mechaniczną, korekcję płomieniową, korekcję elektromagnetyczną itp.

1. Metoda korekty ręcznej

Metoda korekcji ręcznej polega na użyciu narzędzi takich jak młotki do uderzania w zdeformowane części konstrukcji spawanej. Metoda ta jest stosowana głównie w przypadku odkształceń zginających małych i prostych elementów spawanych oraz odkształceń falowych cienkich blach.

2. Metoda korekcji mechanicznej

Powszechnie stosowane są prasy hydrauliczne, podnośniki, specjalistyczne prostownice i młoty. Siły zewnętrzne są przykładane w celu wywołania odkształcenia plastycznego w elemencie przeciwnego do kierunku odkształcenia spawalniczego, neutralizując się wzajemnie. Rysunek 9-80 przedstawia schemat mechanicznego prostowania wygiętej belki dwuteowej po spawaniu przy użyciu prasy lub podnośnika. Odkształcenie kątowe kołnierza dwuteownika można skorygować za pomocą maszyny rolkowej pokazanej na rysunku 9-81.

a) Korekta prasy b) Korekta gniazda

Odkształcenie po spawaniu jest głównie spowodowane skurczem spoiny i jej pobliskiego obszaru. Jeśli kucie lub walcowanie jest wykonywane wzdłuż obszaru spoiny w celu osiągnięcia wydłużenia plastycznego, może to zrekompensować odkształcenie plastyczne występujące podczas spawania, eliminując w ten sposób odkształcenie. Małe części spawane o niewielkiej ilości są zazwyczaj kute młotkiem ręcznym. W przypadku cienkich konstrukcji płytowych z regularnymi spoinami, do walcowania spoiny i jej pobliskich obszarów można użyć sprzętu do walcowania, uzyskując dobre efekty techniczne i ekonomiczne.

Rysunek 9-82 przedstawia schemat korygowania odkształcenia zginającego aluminiowego cylindra po spawaniu przy użyciu walcarkagdzie walcowany jest szew wzdłużny. Zmiana kierunku rolki dociskowej może również spowodować walcowanie spoiny obwodowej. Walcowanie spoiny nie tylko eliminuje resztkowe odkształcenia spawalnicze, ale także eliminuje resztkowe naprężenia spawalnicze.

Metody korekcji mechanicznej są odpowiednie tylko dla prostych konstrukcji średnich i małych części spawanych.

3. Metoda korekcji płomienia

Metoda korekcji płomieniowej, znana również jako metoda korekcji grzewczej, wykorzystuje płomień jako źródło ciepła do lokalnego podgrzania metalu, powodując jego ściskające odkształcenie plastyczne. Gdy metal stygnie, kurczy się, a odkształcenie spowodowane tym skurczem jest wykorzystywane do przeciwdziałania odkształceniu resztkowemu spowodowanemu spawaniem.

Metoda ta zazwyczaj wykorzystuje palnik gazowy i nie wymaga specjalistycznego sprzętu. Jest prosta i wygodna w obsłudze, elastyczna i może być stosowana do korygowania dużych i złożonych struktur.

(1) Trzy podstawowe elementy korekcji płomienia

Istnieją trzy główne czynniki, które określają efekt korekcji płomienia: pozycja ogrzewania, temperatura ogrzewania i kształt ogrzewanego obszaru.

1) Pozycja ogrzewania

Jest to kluczowy czynnik decydujący o sukcesie lub porażce. Nieprawidłowa pozycja podgrzewania nie tylko nie skoryguje odkształcenia, ale może nawet pogorszyć istniejące odkształcenie. Dlatego wybrana pozycja podgrzewania musi powodować odkształcenie w kierunku przeciwnym do odkształcenia resztkowego po spawaniu, aby mu przeciwdziałać.

Głównymi przyczynami odkształceń zginających lub kątowych jest to, że spoiny są skoncentrowane po jednej stronie osi neutralnej przedmiotu obrabianego. Aby skorygować te odkształcenia, pozycję podgrzewania należy wybrać po przeciwnej stronie osi neutralnej, jak pokazano na rysunku 9-83. Im dalej pozycja nagrzewania znajduje się od osi neutralnej, tym lepszy efekt korekcji.

a) Odkształcenie kątowe od spawania narostowego b) Ożebrowanie gięcie rur deformacja

2) Temperatura ogrzewania

Temperatura nagrzanego obszaru musi być wyższa niż temperatura sąsiedniego, nienagrzanego obszaru, powodując termiczne rozszerzenie i zablokowanie nagrzanego metalu, co skutkuje ściskającym odkształceniem plastycznym. W przypadku grubych płyt ze stali węglowej lub elementów spawanych o dużej sztywności, lokalne temperatury nagrzewania powyżej 100°C mogą powodować odkształcenia plastyczne. W produkcji, temperatura ogrzewania stali konstrukcyjnej z korekcją płomieniową jest zazwyczaj kontrolowana w zakresie 600~800°C.

Pomiar temperatury na miejscu jest niewygodny, zazwyczaj kolor nagrzewanej części jest obserwowany za pomocą oczu, aby oszacować przybliżoną temperaturę. Tabela 9-13 przedstawia kolory powierzchni blachy stalowej podczas procesu nagrzewania i odpowiadające im temperatury.

Tabela 9-13 Kolory powierzchni blachy stalowej i odpowiadające im temperatury

3) Kształt obszaru grzewczego.

Kształty obszaru ogrzewania obejmują kropkę, pasek i trójkąt, jak pokazano na rysunku 9-84, z ogrzewaniem punktowym pokazanym na rysunku 9-85, ogrzewaniem liniowym pokazanym na rysunku 9-86 i ogrzewaniem trójkątnym pokazanym na rysunku 9-87.

a) Kropka b) Pasek c) Trójkąt

a) Ogrzewanie przelotowe b) Ogrzewanie łańcuchowe c) Ogrzewanie taśmowe

(2) Typowe metody korekcji płomienia

Typowe metody korygowania odkształceń spawalniczych za pomocą płomienia przedstawiono w tabeli 9-14.

Tabela 9-14 Metody korygowania odkształceń spawalniczych przez podgrzewanie

Przykłady korekcji płomieniowej odkształceń spawalniczych pokazano na rysunku 9-88.

a) Zginanie boczne asymetrycznego łuku stalowego

b) Ugięcie w górę asymetrycznej belki dwuteowej

c) Odkształcenie kątowe połączenia doczołowego

d) Faliste odkształcenie średnio cienkiej płyty

(3) Wyniki testu po korekcji płomienia

Wyniki testów korekcji płomienia dla niektórych powszechnie stosowanych stali niskostopowych przedstawiono w tabeli 9-15.

Tabela 9-15 Częściowe wyniki testów powszechnie stosowanych niskostopowych stali konstrukcyjnych po korekcji płomienia

Gięcie płyt w ogniu wodnym to nazwa procesu stosowanego w przemyśle stoczniowym. Proces ten jest dokładnie taki sam jak prostowanie płomieniowe; polega na wykorzystaniu płomienia do lokalnego podgrzania stalowej płyty w celu osiągnięcia pożądanego odkształcenia, z szybkim chłodzeniem wodą podczas procesu ogrzewania.