Поперечные и продольные укорочения при сварке.
Цель работы: Изучить процесс возникновения поперечных и продольных укорочений при сварке.
Необходимые материалы:
1. Пластины из малоуглеродистой стали (200*100*10мм)
2. Электроды типа Э46Т или Э46А (d-4-5 мм)
Оборудование, приспособление, инструмент.
1. Сварочный пост постоянного тока с электроизмерительными приборами.
2. Специальная струбцина.
3. Приспособления для сборки и сварки тавра.
4. Плита с анкерными болтами, исключающими деформацию полосы на плоскости.
5. Штангенциркуль с припаянными к губкам заточенными вольфрамовыми стерженьками.
6. Линейка.
7. Чертилка.
8. Секундомер.
9. Кернер.
10. Молоток.
11. Бачок с водой для охлаждения проб.
Порядок выполнения работы:
1. Зачистить пластины.
2. Собрать пластины встык.
3. Выправить собранную пробу.
4. Разметить и закрепить её.
5. Замерить расстояние между точками 1-1’,2-2’,3-3’.
6. Дать пластине обратный незначительный прогиб.
7. Подобрать силу сварочного тока и выполнить шов фиксируя параметры.
8. Охладить пробу, очистить её от брызг и шлака.
9. Замерить расстояние между точками 1-1’, 2-2’, 3-3’, 4-4’.
10. Выполнить шов с другой стороны пробы, соблюдая приведенные указания, и измерить длину шва: рассчитать 
и gn.
11. В соответствии с полученными данными произвести расчет и занести таблицу.
| Вид и номер | Режим | Длина шва, см | Скорость сварки, см | Погонная энергия, Дж/СС | Расстояние между точками, мм | Продольное укорочение | |||||||||||||
| Сила тока, А | Напряжение, В | Время горения дуги, С | Замер 1(1-1’) | Замер 2(2-2’) | Замер 3(3-3’) | Замер 4(4-4’) | |||||||||||||
| До сварки | После сварки | укорочение | До сварки | После сварки | укорочение | До сварки | После сварки | укорочение | До сварки | После сварки | укорочение | ||||||||
| 17,5 | 0,5 |
Контрольные вопросы:
1. Почему возникает поперечная усадка при сварке?
2. Как влияет проковка металла шва и законы термического влияния на остаточные деформации?
3. В каких случаях необходимо полностью снимать напряжение при сварке?
4. Почему искусственное охлаждение и подогрев уменьшают остаточные деформации?
5. Способы исправления деформированных деталей?
Ответы:
1)Основными причинами возникновения в сварных швах напряжений от поперечной усадки являются: а) не одновременность нагрева и остывания металла по длина шва. б) неравномерность нагрева и остывания шва по толщине металла. в) жесткость свариваемых деталей. г) характер закрепления свариваемых деталей в процессе нагрева и остывания металла.
2) а) Термообработка для полного снятия напряжения. Для сварки углеродистых сталей рекомендуется высокий отпуск – это нагрев 630-650°. Отпуск является дорогостоящей операцией, удлиняет технологический процесс, поэтому применяется при сварке ответственных конструкций. б)Проверка металла. Сварочные напряжения и деформации могут быть полностью сняты, если в шве и около шовной зоны создать дополнительные пластические деформации, устраняющие деформации, возникающие при сварке. Проковка производиться при Т=450° или выше (для хладноломкости металлов), при Т=150° и ниже (для красноломких металлов) при многослойной сварке проковке подвергается каждый слой, за исключением 1-го, в котором могут быть трещины.
3) Напряжения возникают по ряду причин, прежде всего из-за неравномерного распределения t° при сварке, что затрудняет расширение и сжатие металла при его нагреве и остывании, так как нагретый участок со всех сторон окружен холодным металлом, размеры которого не изменяются. Вследствие структурных превращений участков металла около шовной зоны, нагретых в процессе сварки выше критических точек, в свариваемых конструкциях возникают структурные напряжения. В отличие от напряжений, действующих на конструкцию во время её эксплуатации и вызываемых внешними силами, эти напряжения называют внутренними (собственными) и остаточными сварочными напряжениями. Если значение сварочных напряжений достигают предела текучести металла, они вызовут изменение размеров и формы, т.е. деформацию изделия. Деформации могут быть временными и остаточными. Если остаточные деформации достигнут заметной величины, они могут привести к неисправному браку. Остаточные напряжения могут вызвать не только деформацию сварного напряжения, но и его разрушения. Особенно сильно проявляется действие этих напряжений в условиях, способствующих хрупкому разрушению сварного соединения, которое происходит в результате неблагоприятного сочетания концентрации напряжений, t° и остаточных напряжений. Первые два фактора меньше поддаются изменению, чем остаточные напряжения, поэтому применяют ряд мер по предотвращению и снижению сварочных напряжений и деформаций.
4)а) Влияние предварительного подогрева свариваемых деталей. При предварительном или сопутствующем подогреве уменьшается перепад t° между участками сварного соединения, благодаря чему снижаются на 30% по сравнению со сваркой без подогрева. Чем выше t° подогрева, тем больше эффект. t° подогрева зависит от химического состава металла, толщина металла, жесткости конструкции, чем больше С в стали и л.э., тем выше t° подогрева. При сварки м.у. стали подогрева применяется при сварке ответственных конструкции толщиной >40мм t=100-200° - подогрева, при сварки ср. и низколегированных сталей подогрев применяется при толщине >30мм t° подогрева 120-200°.
б) Влияния резкого охлаждении сварочного соединения участок, нагреваемый при сварке, в котором происходят пластические деформации сужается, что приводит к уменьшению остаточных деформаций и искусственные охлаждения можно применять только при сварке н.у. сталей.
5)В том случае, когда величина деформаций выходит за пределы допустимой, необходимо выправлять элементы или изделия механическим, термическим или термомеханическим способом.
Для механической правки применяют домкраты, винтовые прессы, молоты и другие устройства, создающие ударную или статическую нагрузку, которая прилагается со стороны наибольшего 
выгиба изделия. Данный способ правки довольно трудоемкий. Неправильное его выполнение может привести к образованию трещин и разрывов в сварных швах, а иногда и в основном металле.
Деформированные изделия из тонколистового металла выправляют прокатыванием их между валками, предварительно установив накладки на сварные швы. В процессе прокатки сварной шов растягивается, в нем возникают пластические деформации снимающие напряжения и вызванные ими коробления.
Для выправления деформаций изделий из толстолистовой стали применяют послойную проковку сварных швов.
Термическая правка заключается в нагреве небольших участков металла деформированной конструкции при помощи сварочных горелок. Нагрев ведут до перехода металла на выпуклой стороне деформированного изделия в пластическое состояние. В процессе охлаждения нагретых участков возникают напряжения, выправляющие изделия.