Качество, надежность и производительность - с доставкой
[email protected]
Artizono

Контроль сварочных искажений: Объяснение эффективных стратегий

Последнее обновление:
4 мая, 2024
Поделитесь своим мнением:

Оглавление

Меры по контролю или уменьшению остаточной деформации при сварке делятся на конструктивные и технологические.

1. Проектные мероприятия

(1) Используйте разумную структуру сварки

Использование разумной структуры сварки, разумное использование профилей или штампованных и формованных листовых структур, минимизация сварных швов не только уменьшает объем сварочных работ и деформации, но иногда также повышает эффективность производства и снижает производственные затраты. На рисунке 9-53a показана традиционная радиальная пластина, усиленная несущей конструкцией, а на рисунке 9-53b - усиленная несущая конструкция из швеллерной стали. Очевидно, что структура на рисунке 9-53b намного лучше, чем на рисунке 9-53a.

Рисунок 9-53 Схема усиленных несущих форм
Рисунок 9-53 Схема усиленных несущих форм

(2) Выберите подходящие формы швов и пазов

Выбор подходящих форм швов и канавок может уменьшить количество сварных швов, снизить объем сварочных работ и сварочные деформации. Как показано на рис. 9-54 и 9-55, где на рис. 9-54b и 9-55 формы канавок и размеры сварных швов значительно меньше по сравнению с рис. 9-54a и 9-55.

Рисунок 9-54 Схема соединений Shi Yu с одинаковой грузоподъемностью
Рисунок 9-54 Схема соединений Shi Yu с одинаковой грузоподъемностью

a) Без канавки
б) С пазом

Рисунок 9-55 Схема различных форм соединения коробчатых балок
Рисунок 9-55 Схема различных форм соединения коробчатых балок

(3) Используйте разумные размеры и формы сварных швов

При условии обеспечения достаточной грузоподъемности и качества сварного шва старайтесь использовать минимально возможный размер шва по толщине листа, чтобы уменьшить общее количество наплавленного металла и тем самым снизить сварочные деформации.

(4) Максимально сократите количество сварных швов

Как показано на рис. 9-56a, старайтесь использовать фасонную сталь и штамповки вместо сварных деталей, чтобы уменьшить количество сварных швов.

(5) Разумное расположение сварных швов

Насколько позволяет конструкция, расположение сварных швов должно быть как можно ближе к нейтральной оси секции детали и симметрично относительно этой центральной оси, чтобы уменьшить изгибную деформацию детали, как показано на рис. 9-56b.

Рисунок 9-56 Меры по контролю деформации
Рисунок 9-56 Меры по контролю деформации

a) Уменьшите количество сварных швов, чтобы снизить сварочные деформации
b) Разумно расположить сварные швы

(6) Используйте собственный вес компонента для управления

Для балки, у которой количество сварных швов в верхней части значительно больше, чем в нижней, вся балка после сварки прогибается вверх. Для такой конструкции собственный вес балки может быть использован для предотвращения деформации при изгибе. Перед сваркой установите балку на две близко расположенные опоры, сначала приварив нижнюю часть балки. Из-за изгиба, вызванного собственным весом балки и усадкой сварного шва, изгиб балки увеличивается, как показано на рис. 9-57.

Рисунок 9-57 Использование собственного веса для предотвращения деформации
Рисунок 9-57 Использование собственного веса для предотвращения деформации

После того как нижняя часть балки будет сварена, установите опоры на обоих концах, переверните балку и затем приварите верхнюю часть балки. Поскольку опоры установлены на обоих концах балки, деформация изгиба собственного веса балки противоположна первой. Кроме того, направление усадочной деформации верхнего сварного шва также противоположно направлению деформации нижнего шва, что приводит к деформации, которая выпрямляет балку или оставляет ее только с небольшим изгибом.

В реальном производстве для создания изгиба крановой балки используйте деформацию собственного веса в сочетании со сварочной деформацией.

(7) Резервные позиции для сварочных приспособлений при проектировании

В процессе сварки можно использовать приспособления для уменьшения деформации.

2. Процессуальные меры

Правильное и разумное проектирование является важной частью контроля деформации, но правильное и разумное проектирование не может полностью контролировать остаточную деформацию. Правильный метод обработки является важной мерой контроля деформации.

(1) Метод учета усадки

При раскрое материала увеличьте размеры деталей по длине или ширине немного больше проектных, чтобы компенсировать усадку сварного шва. Величина припуска определяется по формуле, приведенной ранее, и с учетом производственного опыта. Метод припуска в основном используется для предотвращения усадочной деформации сварного соединения.

Например: Для подкрановых балок (коробчатых балок) требуемый выгиб после сварки составляет 9/1000~1,4/1000. При резке полотна необходимо предусмотреть величину усадки и деформации после сварки. Как правило, выгиб при резке полотна составляет 15/1000~18/1000. Таким образом, зарезервированные усадка и деформация могут компенсировать усадку и деформацию после сварки. Как правило, при резке деталей добавляют 0,3~1 мм на метр, что также предназначено для компенсации усадки после сварки.

(2) Метод встречной деформации

Исходя из характера деформации, возникающей в процессе производства, в качестве метода предотвращения остаточной деформации в сварном соединении заранее искусственно создается деформация, противоположная по направлению, но равная по величине деформации, возникающей после сварки. Этот метод очень эффективен, но он требует точной оценки направления и величины деформации, которая может возникнуть после сварки, и гибкого применения в зависимости от структурных характеристик сварного изделия и условий производства.

1) Антидеформация без воздействия внешней силы.

При угловой деформации, возникающей при стыковой сварке пластин, можно контролировать остаточную деформацию при сварке, как показано на рис. 9-58a; если поперечная деформация в конце электрошлаковой сварки больше, чем в начале, можно регулировать зазор в шве, уменьшая его снизу и увеличивая сверху, во время установки и позиционирования, как показано на рис. 9-58b.

Рисунок 9-58 Методы борьбы с деформацией без применения внешней силы
Рисунок 9-58 Методы борьбы с деформацией без применения внешней силы

a) Стыковая сварка пластин
б) Электрошлаковая стыковая вертикальная сварка
c) Предварительная пластическая гибка фланцев пространственных балок
г) антилокальный коллапс оболочки
e) Верхняя пластина подкрановой балки, зарезервированная для припуска на усадку

f) Полотно подкрановой балки с предварительным армированием

При сварке Т-образных соединений, если в плоской пластине после сварки возникает угловая деформация, пластину можно предварительно отогнуть в противоположном направлении перед сваркой, как показано на рис. 9-58c; для тонкостенных обечаек, сваренных встык снаружи с одной стороны с фланцем, если возникает вогнутая внутрь деформация, можно предварительно отогнуть кромку наружу перед сваркой, как показано на рис. 9-58d.

Оставление припуска на усадку, по сути, также является контрдеформацией. Например, в случае коробчатой балки мостового крана, когда верхняя накладная пластина приваривается к реберным пластинам, как показано на рис. 9-58е, если угловой сварной шов каждой реберной пластины усаживается на 0,5 мм, а всего имеется 20 угловых сварных швов, необходимо оставить припуск 10 мм по длине верхней накладной пластины при подготовке материала и равномерно распределить его между реберными пластинами.

Чтобы преодолеть деформацию прогиба, вызванную последующей обработкой этой коробчатой балки, при изготовлении полотна создается предварительный выгиб f, как показано на рис. 9-58f, который больше, чем выгиб при окончательной приемке изделия.

На рис. 9-59 показано устройство для сварки против деформации и последовательность сварки парового барабана котла. Два сварщика сваривают по одному ряду трубных седел на одном паровом барабане, соблюдая последовательность сварки с пропусками, показанную на рис. 9-59c. После сварки двух рядов трубных седел на одном паровом барабане тот же метод используется для сварки трубных седел на другом паровом барабане, чередуясь до полного завершения сварки, что значительно предотвращает деформацию после сварки.

Рис. 9-59 Схема устройства для сварки против деформации и последовательность сварки парового барабана котла.
Рис. 9-59 Схема устройства для сварки против деформации и последовательность сварки парового барабана котла.

a) Деформация парового барабана после сварки без использования метода противодействия деформации.
b) Сварка против деформации, откидная форма для парового барабана.
c) Пропустите последовательность сварки посадочных мест труб.

2) Противодействие деформации под действием внешней силы.

Используйте сварочные формы или приспособления для сварки заготовок в условиях противодействия деформации. После сварки отпустите форму или приспособление, и заготовка вернется в исходное положение, точно соответствуя техническим требованиям по форме и размеру.

На рис. 9-60 показано использование простых приспособлений для противодействия деформации плоской пластины, чтобы преодолеть угловую деформацию, вызванную сваркой двутавровых балок; на рис. 9-61a, b, c, d показаны полые детали, которые будут изгибаться после сварки из-за концентрации сварных швов на верхней стороне.

Рисунок 9-60 Принудительная деформация верхнего фланца промышленной балки
Рисунок 9-60 Принудительная деформация верхнего фланца промышленной балки

Как показано на рис. 9-61e, используйте поворотную оснастку для изготовления двух деталей одинакового сечения "спина к спине", зажав концы и подняв середину, таким образом, каждая деталь сваривается в ситуации обратного изгиба. Этот токарный станок облегчает сварку и повышает эффективность производства.

Рисунок 9-61 Метод упругой опоры
Рисунок 9-61 Метод упругой опоры

a), b), c) Полые балки с односторонним продольным сварным швом
d) Полые балки с односторонним поперечным сварным швом
e) Сварка на токарном станке

При использовании метода предотвращения деформации под действием внешней силы необходимо учитывать следующие два момента.

① Вопросы безопасности. Необходимое внешнее усилие должно быть достаточно большим, поэтому используемая оснастка должна обеспечивать прочность и жесткость. Заготовка находится в упругом состоянии во время антидеформации и остается упругой после сварки. При освобождении зажима заготовка неизбежно отскочит назад, и необходимо предотвратить травмы от этого отскока.

② Наиболее надежным методом контроля величины антидеформации является использование стандартных параметров сварки для выполнения пробного шва в свободном состоянии и измерения остаточной деформации. Эта деформация должна быть использована в качестве основы для антидеформации, в сочетании с отскоком заготовки, внести соответствующие коррективы, чтобы форма и размер заготовки после отскока точно соответствовали техническим требованиям к заготовке.

3) Метод предварительного растяжения для сварки тонких листов.

Это пример гибкого применения метода противодействия деформации в тонкостенных сварных конструкциях для предотвращения послесварочной волнистой деформации задней панели. Рамка из профилированных поверхностей приваривается с внутренней стороны тонкостенной плоской пластины, и после сварки периферийная усадка сварного шва вызывает в тонкой пластине внутри рамки сжимающее напряжение, достигающее или превышающее ее критическое напряжение смятия, что приводит к волнистой деформации, как показано на рис. 9-62.

Рисунок 9-62 Волнообразная деформация остаточных напряжений в тонколистовой конструкции с окружающей рамой
Рисунок 9-62 Волнообразная деформация остаточных напряжений в тонколистовой конструкции с окружающей рамой

Если предварительное растяжение с помощью механического предварительного растяжения, предварительного растяжения с нагревом или комбинации обоих методов применяется в областях, которые могут укоротиться, а затем формально собирается и сваривается с рамой, и тепло предварительного растяжения снимается после сварки, тонкостенная пластина может вернуться в исходное состояние, эффективно уменьшая остаточное напряжение и достигая цели предотвращения волнистой деформации стеновой пластины.

В таблице 9-12 представлены три схемы реализации: метод растягивания (метод SS), метод нагрева (метод SH) и сочетание обоих методов (метод SSH). Метод растягивания требует специально разработанного механического устройства; метод нагрева может использовать ток через настенную пластину, полагаясь на ее собственное сопротивление для прямого нагрева вместо косвенного нагрева с помощью нагревателей.

Таблица 9-12 Схемы реализации контроля нестабильной деформации при сварке тонкостенных листов методом предварительного растяжения

Нет.МетодыСхематическая диаграмма
1Метод СС

Метод растяжки
2Метод SH

Метод нагрева
3Метод SSH

Метод растяжения + метод нагревания

(3) Метод жесткой фиксации

Используя соответствующие методы повышения жесткости и удержания сварного соединения, можно достичь цели уменьшения его деформации, что и является методом жесткой фиксации. К распространенным методам жесткой фиксации относятся следующие:

1) Закрепите сварную конструкцию на жесткой платформе.

При сварке тонких листов их можно закрепить на жесткой платформе с помощью позиционных швов, а швы, расположенные с обратной стороны, прижать прессом, как показано на рис. 9-63. После того как все швы полностью сварены и остыли, позиционные швы удаляются, что позволяет избежать волновой деформации при сварке тонких листов.

Рисунок 9-63 Жесткая фиксация при монтаже тонкой пластины
Рисунок 9-63 Жесткая фиксация при монтаже тонкой пластины

2) Соедините сварные элементы в конструкцию с большей жесткостью или симметрией.

При сварке тавровых балок легко возникают угловые деформации и деформации изгиба. На рис. 9-64 показаны две тавровые балки, соединенные вместе, при этом сварной шов симметричен относительно нейтральной оси секции конструкции, что значительно повышает жесткость конструкции, и используется метод противодействия деформации (на рис. 9-64 используются прокладки), принимается разумная последовательность сварки, что позволяет предотвратить деформацию изгиба и угловую деформацию.

Рисунок 9-64 Фиксация жесткости и противодействие деформации тавровых балок
Рисунок 9-64 Фиксация жесткости и противодействие деформации тавровых балок

3) Используйте сварочные приспособления для увеличения жесткости и жесткости конструкции.

На рис. 9-65 показано использование хомутов для фиксации сварного соединения, увеличения жесткости детали и предотвращения угловой деформации и деформации изгиба детали.

Рисунок 9-65 Фиксация жесткости при сращивании встык
Рисунок 9-65 Фиксация жесткости при сращивании встык

4) Используйте временные опоры для усиления жесткости конструкции.

При производстве единичных деталей использование специализированных приспособлений экономически нецелесообразно. Приварка некоторых временных опор или тяг к деталям, склонным к деформации, может увеличить местную жесткость и эффективно уменьшить сварочные деформации. На рис. 9-66 приведен пример использования временных опор на защитном кожухе для повышения жесткости.

Рисунок 9-66 Временные опоры во время сварки защитных кожухов
Рисунок 9-66 Временные опоры во время сварки защитных кожухов

1-основная пластина
2-Вертикальная пластина
3-Фланцевая пластина
4-Временная поддержка

(4) Выберите разумную последовательность сборки и сварки

Последовательность сборки и сварки оказывает значительное влияние на деформацию сварной конструкции, поэтому разумная последовательность сборки и сварки может быть использована для контроля сварочных деформаций. Для контроля и уменьшения сварочных деформаций выбор последовательности сборки и сварки должен осуществляться в соответствии со следующими принципами:

1) Свариваемый шов должен находиться как можно ближе к нейтральной оси секции конструкции.

Как показано на рис. 9-67a, конструкция главной балки мостового крана требует определенного уклона вверх. Чтобы выполнить это требование, помимо предварительной подготовки левого и правого полотнищ к выгибу вверх, необходимо выбрать оптимальную последовательность сборки и сварки, чтобы свести к минимуму деформацию изгиба вниз.

Рисунок 9-67 Метод предотвращения деформации изгиба вниз главной балки мостового крана
Рисунок 9-67 Метод предотвращения деформации изгиба вниз главной балки мостового крана

2) Для конструкций с несимметричным расположением сварных швов при сборке и сварке сначала сваривайте сторону с меньшим количеством швов.

Как показано на рис. 9-68, в верхней части штампа пресса больше сварных швов, расположенных выше нейтральной оси, чем ниже нее. Если последовательность сборки и сварки не соответствует требованиям, это в конечном итоге приведет к деформации изгиба вниз.

Решение состоит в том, чтобы сначала симметрично сварить швы 1 и 1' (см. рис. 9-68b), что приведет к значительной деформации изгиба вверх f 1 и увеличить жесткость конструкции; затем сварить швы 2 и 2' в положении, показанном на рис. 9-68c, создавая деформацию изгиба вниз f 2 ; наконец, сварить швы 3 и 3' в положении, показанном на рис. 9-68d, создавая деформацию изгиба вниз f 3 . Таким образом, f 1 приблизительно равна f 2 , а сумма f 3 направления противоположны, поэтому изгибные деформации могут в значительной степени аннулировать друг друга.

Рисунок 9-68 Последовательность сварки верхней пресс-формы пресса
Рисунок 9-68 Последовательность сварки верхней пресс-формы пресса

3) Для конструкций с симметрично расположенными сварными швами четное число сварщиков должно выполнять сварку симметрично.

Как показано на рис. 9-69, стыковой шов цилиндрического корпуса лучше всего сваривать симметрично двумя сварщиками.

Рисунок 9-69 Последовательность сварки встык цилиндрического корпуса
Рисунок 9-69 Последовательность сварки встык цилиндрического корпуса

4) Длинные швы (более 1 м) можно сваривать в направлении и последовательности, показанных на рис. 9-70, чтобы уменьшить послесварочную усадочную деформацию.

Рисунок 9-70 Различные последовательности сварки для длинных швов
Рисунок 9-70 Различные последовательности сварки для длинных швов

5) Для предотвращения деформации соседние швы следует сваривать в направлении и последовательности, показанных на рис. 9-71b.

Рисунок 9-71 Направление сварки и последовательность смежных швов
Рисунок 9-71 Направление сварки и последовательность смежных швов

a) Неправильно
б) Правильно

(5) Выбор рациональных методов и параметров сварки

Различные методы сварки имеют разную тепловую нагрузку, что приводит к различным деформациям. Использование методов сварки с более концентрированной энергией может уменьшить сварочные деформации. Например, использование CO 2 сварка в среде защитного газа или плазменная дуговая сварка вместо газовой сварки и дуговой сварки в среде защитного металла для сварки тонких листов; использование вакуумной электронно-лучевой сварки для прецизионных обработанных изделий, таких как зубчатые колеса (см. рис. 9-72), для контроля их деформации.

Рисунок 9-72 Контроль деформации с помощью вакуумной электронно-лучевой сварки зубчатых колес
Рисунок 9-72 Контроль деформации с помощью вакуумной электронно-лучевой сварки зубчатых колес

Для разных частей одной и той же конструкции используются разные параметры сварки. Это позволяет контролировать и регулировать сварочные деформации. Как показано на рис. 9-73, балка асимметричного сечения, поскольку расстояние s от сварных швов 1, 2 до нейтральной оси сечения конструкции больше, чем расстояние s' от сварных швов 3, 4 до нейтральной оси, после сварки происходит деформация изгиба вниз.

Рисунок 9-73 Сварка конструкций асимметричного сечения
Рисунок 9-73 Сварка конструкций асимметричного сечения

1 ~ 4-Сварочный шов

Если для сварных швов 1 и 2 используется многослойная сварка с меньшей тепловой нагрузкой на каждый слой, а для швов 3 и 4 используется однослойная сварка с большей тепловой нагрузкой, то деформация вниз, возникающая при сварке швов 1 и 2, может в основном компенсировать деформацию вверх, возникающую при сварке швов 3 и 4, в результате чего после сварки получается практически плоская структура.

(6) Метод теплового баланса

В некоторых конструкциях с асимметрично расположенными сварными швами после сварки часто возникает деформация изгиба. Если газопламенный нагрев используется в положении, симметричном сварным швам, и синхронизирован со сваркой, при условии, что параметры процесса нагрева выбраны соответствующим образом, он может уменьшить или предотвратить деформацию изгиба детали. Как показано на рис. 9-74, метод тепловой балансировки используется для контроля сварочной деформации коробчатой конструкции из боковых балок.

Рисунок 9-74 Пример предотвращения сварочной деформации с помощью метода тепловой балансировки
Рисунок 9-74 Пример предотвращения сварочной деформации с помощью метода тепловой балансировки

(7) Метод охлаждения

Метод охлаждения включает в себя использование различных способов быстрого отвода тепла из зоны сварки, например, использование прямого водяного охлаждения и медных охлаждающих блоков для ограничения и уменьшения распространения сварочного теплового поля, чтобы уменьшить сварочную деформацию. Обратите внимание, что следует соблюдать осторожность при работе с материалами, обладающими высокой прокаливаемостью.

В реальном процессе производства сварных конструкций необходимо полностью оценить различные деформации, проанализировать их характер и выбрать один или несколько методов в зависимости от условий эксплуатации для эффективного контроля сварочных деформаций.

Запрос БЕСПЛАТНОГО предложения
Контактная форма

Последние сообщения
Будьте в курсе новых и интересных материалов на различные темы, включая полезные советы.
Поговорите с экспертом
Свяжитесь с нами
Наши инженеры по продажам готовы ответить на любые ваши вопросы и предоставить быстрое предложение с учетом ваших потребностей.

Запросить индивидуальное предложение

Контактная форма

Запрос индивидуального предложения
Получите индивидуальное предложение с учетом ваших уникальных потребностей в обработке.
© 2024 Artizono. Все права защищены.
Получить бесплатную цитату
Вы получите наш квалифицированный ответ в течение 24 часов.
Контактная форма