Сварочная деформация является распространенной проблемой при производстве стальных конструкций и стальных конструкциях . Чрезмерная деформация может повлиять на точность размеров стальных компонентов, создать трудности при сборке и установке, а также снизить общие характеристики готовой стальной конструкции.

В тяжелых случаях сварочная деформация может также привести к появлению дополнительных изгибающих моментов, вторичных напряжений и проблем с выравниванием. Таким образом, эффективный контроль сварочных деформаций является важной частью проектирования, изготовления и управления качеством стальных конструкций.

Почему возникает сварочная деформация?

Во время сварки сталь вокруг сварного шва быстро нагревается, а затем неравномерно остывает. Это неравномерное тепловое расширение и сжатие может вызвать:

• Угловая деформация

• Продольная усадка

• Поперечная усадка

• Изгибная деформация

• скручивание

• Местное коробление

• Общее отклонение размеров

Величина деформации зависит от таких факторов, как толщина пластины, размер сварного шва, тепловложение, конструкция соединения, последовательность сварки, условия ограничения и свойства материала.

Методы контроля сварочной деформации.

1. Уменьшите сечение сварного шва.

Если требования к качеству сварного шва и прочности конструкции все еще могут быть удовлетворены, угол разделки и корневой зазор должны быть как можно меньшими.

Уменьшение количества наплавленного металла шва помогает снизить тепловложение и сварочную усадку.

2. Контроль тепловложения при сварке

Для подходящих сталей с пределом текучести ниже примерно 345 МПа и относительно низкой прокаливаемостью следует избегать чрезмерного подвода тепла.

Если это разрешено применимой процедурой сварки, необходимо соответствующим образом контролировать температуру предварительного нагрева и температуру между проходами.

Процессы сварки с низким тепловложением, такие как сварка в среде защитного газа CO₂ , могут помочь уменьшить тепловую деформацию.

Все параметры сварки должны соответствовать утвержденным процедурам сварки и применимым стандартам проекта.

3. Используйте многопроходную сварку для толстых пластин.

Для толстых стальных листов многопроходная сварка обычно предпочтительнее, чем наложение большого сварного шва за один проход.

Многопроходная сварка обеспечивает лучший контроль распределения тепла и помогает уменьшить чрезмерную локальную деформацию.

4. Используйте прерывистую сварку там, где это разрешено.

Для продольных и поперечных ребер жесткости прерывистая сварка может уменьшить общее количество наплавленного металла и погонное тепло, если это разрешено требованиями проектирования конструкции.

Однако непрерывную сварку следует использовать там, где этого требуют структурные расчеты, требования к усталости, требования к герметизации или спецификации проекта.

5. Примените симметричную сварку.

Когда обе стороны соединения доступны, следует рассмотреть возможность использования симметричной двусторонней канавки.

При многопроходной сварке сварные швы следует по возможности накладывать симметрично вокруг нейтральной оси детали.

Это помогает сбалансировать сварочную усадку и уменьшить угловые искажения.

6. Оптимизация сварки Т-образных соединений.

Для толстых Т-образных или крестообразных соединений сварные швы с разделками могут оказаться более подходящими, чем обычные угловые сварные швы большого размера.

При правильном проектировании сварка с разделкой кромок может уменьшить требуемый объем металла сварного шва, сохраняя при этом необходимую прочность соединения.

7. Используйте предварительную деформацию перед сваркой.

Перед сваркой можно ввести предварительную настройку или обратную деформацию, чтобы компенсировать ожидаемое угловое искажение.

После сварки и охлаждения деталь может вернуться к требуемой геометрии.

Этот метод обычно используется для стальных балок, двутавровых профилей, пластин и других готовых компонентов.

8. Учитывайте сварочную усадку.

Припуски на размеры могут быть учтены во время изготовления, чтобы компенсировать ожидаемую продольную и поперечную усадку.

Например, изготовленным двутавровым профилям может потребоваться дополнительная длина, чтобы компенсировать усадку продольного сварного шва.

Фактическое пособие должно определяться в соответствии с:

• Размеры компонентов

• Толщина пластины

• Размер сварного шва

• Процесс сварки

• Совместная конфигурация

• Опыт изготовления

• Утвержденные процедуры сварки

Вместо того, чтобы полагаться на одно фиксированное значение, припуски на усадку следует проверять в соответствии с фактическими условиями производства.

9. Улучшите плоскостность материала и точность сборки.

Для длинных стальных элементов скручивание часто можно уменьшить за счет улучшения плоскостности стальных пластин и точности сборки компонентов.

Важные факторы включают в себя:

• Точные углы канавок

• Равномерные корневые зазоры

• Правильное выравнивание элементов

• Правильное расположение сварного шва

• Точное направление электрода или сварочной горелки

• Стабильные параметры сварки

Поддержание одинаковых условий сварки по всему компоненту помогает уменьшить неравномерную продольную и угловую деформацию.

10. Минимизируйте ненужные сварные швы

При проектировании конструкции следует по возможности избегать ненужных сварных швов.

При необходимости вместо крупносварных узлов можно использовать прокатные стальные профили, фасонные детали или стандартизированные профили.

Уменьшение количества и размера сварных швов может помочь:

• Уменьшите тепловложение при сварке

• Минимизация деформации

• Сократить время изготовления

• Снижение затрат на корректировку

• Повышение эффективности производства

11. Оптимизируйте место сварки

Сварные швы должны располагаться как можно ближе к нейтральной оси или центральной линии сечения.

Симметричная схема сварных швов может уменьшить деформацию изгиба, вызванную несбалансированной усадкой.

Также следует избегать концентрации сварных швов, поскольку близко расположенные сварные швы могут вызвать чрезмерное накопление тепла и локальную деформацию.

12. Используйте правильную последовательность сварки.

Для компонентов с несколькими сварными швами необходима соответствующая последовательность сварки.

В зависимости от конструкции компонента подходящие методы могут включать в себя:

• Симметричная сварка

• Обратная сварка

• Пропустить сварку

• Сегментная сварка

• Сварка от центра к обоим концам

Хорошо спланированная последовательность помогает распределить тепло более равномерно и предотвращает накопление деформации в одном направлении.

Контроль сварочных деформаций на производстве

Уменьшите количество сварных швов

Конструкция конструкции должна минимизировать ненужные сварные соединения.

Там, где это практически осуществимо, прокатные профили или формованные стальные детали могут заменить изготовленные сварные детали, уменьшая количество ребер жесткости и сварных соединений.

Это позволяет существенно снизить как сварочную деформацию, так и последующие работы по правке.

Выберите подходящие формы и размеры сварных швов

Для стыковых соединений толстых листов для соединения с X-образной канавкой может потребоваться меньше наплавленного металла, чем для обычного соединения с V-образной канавкой.

Уменьшение объема металла сварного шва позволяет уменьшить:

• Тепловложение при сварке

• Поперечная усадка

• Угловая деформация

• Остаточное напряжение

Для Т-образных соединений, которые не требуют больших сварных швов для обеспечения конструктивной прочности, минимальный практический размер углового шва должен выбираться в соответствии с применимыми проектными требованиями.

Если позволяют структурные условия, прерывистые сварные швы также могут помочь уменьшить деформацию.

Оптимизация структурного проектирования

Сварочную деформацию следует учитывать на этапе проектирования конструкции, а не только во время изготовления.

Для конструкций из тонких стальных листов следует выбирать соответствующую толщину пластины, расстояние между ребрами жесткости и размер сварного шва, чтобы улучшить стабильность конструкции и уменьшить волновую деформацию.

Простые и правильные структурные конфигурации, как правило, легче изготовить и контролировать, чем излишне сложную сварную геометрию.

Контроль поперечной и продольной усадки

Во многих сварных конструкциях поперечная усадка может быть более значительной, чем продольная.

По этой причине при проектировании следует тщательно учитывать ориентацию и расположение сварного шва.

По возможности сварные швы должны:

• располагаться симметрично

• Располагаться близко к осевой линии сечения

• Избегайте чрезмерной концентрации

• Ориентироваться на минимизацию деформации в критических направлениях.

Эти меры помогают уменьшить изгиб, скручивание и отклонения размеров после сварки.

Коррекция сварочной деформации

Даже при соблюдении надлежащих мер контроля некоторая деформация все равно может возникнуть.

К распространенным методам коррекции относятся:

• Механическое выпрямление

• Контролируемое термическое выпрямление

• Коррекция пресса

• Выпрямление пламени, где это разрешено

• Местная механическая регулировка

Корректирующие работы следует выполнять осторожно, чтобы не повредить сталь, не образовать трещины и не ухудшить свойства материала.

Заключение

Эффективный контроль сварочной деформации требует координации между проектированием конструкции, разработкой процедуры сварки, изготовлением, сборкой, последовательностью сварки и контролем качества..

Самый эффективный подход — предотвратить чрезмерную деформацию до и во время сварки, а не полагаться на коррекцию после изготовления.

Контролируя размер сварного шва, тепловложение, конструкцию соединения, последовательность сварки, точность сборки и припуск на усадку, производители стали могут добиться более высокой точности размеров, большей эффективности установки и более надежных структурных характеристик.