книги / Производство сварных конструкций (Изготовление в заводских условиях)
..pdf
получил название "ложный валик". Нагрев выполняют дугой или газовым пламенем.
Такой же результат можно получить в результате поперечной усадки специально нагреваемых зон стенки балки. Поскольку поперечная усадка локализована в зоне нагрева, количество уча стков нагрева и их расположение выбирают так, чтобы обеспе чить равномерность исправления деформаций. Для большей эф фективности правки зоны должны иметь клинообразную форм> и быть расположены выше оси центров тяжести сечений. Метод называют "правка нагревом клиньями".
К наиболее сложным для исправления сварочным деформа циям относятся деформации местной потери устойчивости.
Под действием усадочных сил (рис. 3.51а, б) тонкостенный элемент конструкции теряет устойчивость и выпучивается. По является избыток площади поверхности, который необходимо устранить.
Наплавка ложного валика
Рис. 3.50. Термомеханическая правка балочных конструкций
123
Термическая обработка сварных конструкций как средст во снижения остаточных напряжений.
Термическую обработку сварных конструкций проводят с целью восстановления (улучшения) механических свойств ме талла шва и околошовной зоны, а так же снижения уровня оста точных напряжений. Для стальных конструкций первая цель достигается применением нормализации, вторая - применением высокого отпуска. Иногда оба вида термообработки совмещают.
Снижение собственных напряжений происходит в результате их релаксации. Этот процесс, термически активируемый и его скорость зависит от температуры. К основным параметрам ре жима относятся: температура отпуска, максимальная температу ра нагрева, скорости нагрева и охлаждения, время выдержки конструкции при температуре отпуска. Температура отпуска сварных соединений низколегированных сталей составляет 580...680°С, для аустенитных сталей - 850...1050°С, для алю миниевых сплавов - 250...300°С. На всех стадиях термической обработки необходимо стремиться обеспечить минимальный градиент температур по толщине стенки конструкции. С тем, чтобы обеспечить условия для более полного протекания про цессов релаксации и исключить появление новой системы соб ственных напряжений при быстром охлаждении.
Различают термообработку с общим, местным и поэтапным нагревом конструкции (рис.3.52).
Первый является наиболее универсальным часто используе мым. Он обеспечивает наилучшие результаты в борьбе с оста точными сварочными напряжениями применительно к любым типам конструкций, но он сопровождается большими затратами энергии и времени на его выполнение.
Второй более экономичен, но применим только для простых конструкций, в основном, для конструкций типа труб с кольце выми швами. Ширину зоны нагрева необходимо выбирать так, чтобы обеспечить плавное изменение температуры за пределами шва и околошовной зоны. Неравномерный нагрев может при вести к образованию новой системы остаточных напряжений.
Необходимо отметить, что термообработка сварных конст рукций с целью снижения остаточных напряжений относится к числу затратных технологий и ее применение в каждом кон-
125
и деформаций, то при термической обработке должны быть ис пользованы специальные приемы.
Например, термическая обработка конструкции в закреплен ном состоянии, когда перед термообработкой с помощью при способлений конструкции придают желаемую форму и произво дят термообработку в закрепленном состоянии.
Этот прием был удачно использован на заводе "Атоммаш" при изготовлении корпуса парогенератора. Корпус состоит из обечайки, днищ и патрубков (рис. 3.53).
Патрубки располагались несимметрично по отношению к го ризонтальной плоскости обечайки, в результате чего усадка швов между патрубками и обечайкой вызвала появление изги бающего момента. Его действие приводило к тому, что торцы обечайки, прошедшие механическую обработку, приобретали овальную форму. Это приводило к существенным затруднениям при совмещении кромок во время сборки обечайки и днища.
Рис. 3.53. Искривление торца обечайки врезультате сварки асилшетричнорасполоэюенных патрубков и схема предотвра щения сварочных деформаций.
Для устранения искажения торцов обечайки был использован прием термической обработки обечайки с предварительно за крепленными торцами. Пред сваркой цилиндрическую форму торцов обечайки фиксировали с помощью клиньев и жесткой цилиндрической оправки, что позволило сохранить правильную форму торца после сварки. Если после сварки удалить клинья, то под действием остаточных сварочных напряжений произой дет изгиб стенки обечайки и ее торцы примут овальную форму. Очевидно, что перед удалением клиньев необходимо понизить уровень или снять полностью остаточные сварочные напряже ния. В данном случае наиболее эффективным методом борьбы с
127
остаточными напряжениями является термическая обработка - отпуск обечайки с торцами в закрепленном состоянии.
Рассмотренные в данном разделе методы борьбы с напряже ниями и деформациями конструкции при сварке и примеры их практической реализации позволяют в большинстве случаев на ходить пути решения этой проблемы, но следует иметь в виду, что на стадии изготовления и тем более после сварки затраты на ее решения значительно выше, чем на стадии проектирования сварной конструкции и технологии ее изготовления.
В третьей главе рассмотрены основные операции технологи ческого процесса изготовления сварных конструкций, общие характеристики их выполнения и применяемое оборудование.
’Обращено внимание на то, что качество выполнения операции сварки во многом зависит от качества выполнения других опе раций технологического цикла. Это означает, что при проекти ровании технологии изготовления сварной конструкции необхо димо тщательно прорабатывать все операции в совокупности, не разделяя их на основные и второстепенные.
Специфика выполнение тех или иных операций и используе мое при этом оборудование существенно зависит от конструк тивных особенностей изделия, типа производства и условий из готовления (в условиях цеха, на монтаже, при ремонте). Поэто му при разработке конкретного технологического процесса из готовления рекомендуется ориентироваться на типовой техноло гический процесс.
Ниже, в последующих главах учебного пособия, будут рас смотрены примеры технологий изготовления для различных ти пов сварных конструкций.
4. ПРОИЗВОДСТВО СВАРНЫХ БАЛОК
Сварные балки широко используют в различных областях промышленности. Они входят в качестве составных элементов в сварные рамы различного назначения, каркасы промышленных зданий и сооружений, мосты, сварные суда и др. Сварные балки коробчатого сечения широко применяются в сельскохозяйст-
128
ем их производства относительно невелик. К примеру, с увели чением высоты балки экономическая эффективность их произ водства с помощью горячей прокатки снижается потому, что увеличиваются затраты на сооружение и эксплуатацию прокат ного стана, а требуемые объёмы их производства сокращаются. По этой причине двутавровые балки высотой более 600-И000 мм целесообразно изготавливать сваркой.
Изготовление с применением сварки имеет неоспоримые тех нологические преимущества в тех случаях, когда балки имеют более сложное поперечное сечение или, когда сечение балки изменяется по ее длине. Важным преимуществом сварочных технологий является возможность изготовления элементов бал ки из разных марок стали, что позволяет более эффективно ис пользовать высокопрочные стали.
Технологиям изготовления балок с помощью сварки присущи некоторые недостатки. Во-первых, неравномерный нагрев кон струкции при сварке приводит к появлению остаточных дефор маций, борьба с которыми часто требует существенного услож нения технологического процесса.
Во-вторых, усталостная прочность сварных балок обычно ниже, чем у горячекатаных, из-за влияния остаточных напряже ний, дефектов сварки и других концентраторов напряжений. Применение 100 %-ного ультразвукового или рентгеновского контроля качества сварки приводит к удорожанию конструкции.
В-трётьих, применяемый наиболее часто способ автоматиче ской сварки под флюсом не позволяет существенно повысить производительность изготовления.
Выбор технологии изготовления сварных балок, способа сварки и применяемого оборудования существенно зависят от конструктивных особенностей, требований к изготовлению, сформулированных в технических условиях, и объема выпуска изделий, определяющего тип производства (индивидуальное, серийное, массовое).
Контроль качества в процессе производства должен включать проверку:
• основного металла на соответствие спецификации, что особенно важно в тех случаях, когда для стенки и полок исполь зуют сталь разных марок;
130