Снижение остаточных напряжений

Наибольшее применение в промышленности нашёл способ сни­жения остаточных напряжений в процессе отпуска (отжига) свар­ных конструкций без зажимных приспособлений. Кроме снижения напряжений отпуск способствует выравниванию структуры металла в различных зонах сварного соединения и восстановлению пласти­ческих свойств. Отпуск целесообразен, когда изготовление сварной конструкции связано с последующей обработкой резанием, повышен­ными требованиями к точности, стабильности формы и геометричес­ких размеров при эксплуатационных нагружениях, а также в тех случа­ях, когда необходимо повысить сопротивляемость хрупким разруше­ниям при низких температурах. Бывают случаи, когда отпуск нецелесо­образен. Прежде всего это относится к конструкциям, изготовленным из разнородных материалов, когда в результате отпуска снижения оста­точных напряжений не происходит. Неэффективен отпуск и в тех слу­чаях, когда жёсткость частей конструкции сильно отличается.

Различают отпуск высокий,

средний и низкий. Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей этому соответствуют три диапазона температур: 550-680, 350-500 и 250-300 °С.

Кривая изменения температу­ры в процессе отпуска изображе­на на рис. 4.28. В начальный мо­мент идёт быстрое повышение температуры, затем следует стадия выдержки и последний этап – охлаждение. Пунктирной линией нение остаточных напряжений (а) на температурной кривой изобра­жена стадия выравнивания температуры по толщине металла. На тем­пературный график наложена кривая снижения остаточных напря­жений. Как видно на рисунке, на стадии нагрева остаточные напря­жения в конструкции снижаются очень быстро, на стадии выдержки при постоянной температуре это снижение резко замедляется и, на­конец, на стадии охлаждения происходит некоторое возрастание ос­таточных напряжений.

 

 

Рис. 4.29. Общий вид установки для ло­кальной термообра­ботки труб: а - источник пита­ния и аппаратура для управления; б - муф­ты для отжига; в -последовательность операций работы на установке

В связи с тем, что отпуск требует больших затрат тепловой энер­гии, экономически целесообразно, чтобы время выдержки не было слишком большим (как правило, не более 3 ч).

Для отжига сварных изделий применяют электрические камерные печи или нагревательные устройства. В первом случае изделие полнос­тью помещается в печь, а во втором - нагрев осуществляется локально.

На рис. 4.29 в качестве примера приведена установка с программ­ным управлением для локальной обработки сварных соединений труб, разработанная компанией Weldotherm. Система полностью ав­томатизирована, что обеспечивает точность параметров термообра­ботки. Для снижения остаточных напряжений используются также рассмотренные ранее прокатка и проковка металла, а также сопут­ствующий подогрев.

Эффективным и недорогим является вибрационный метод сни­жения остаточных напряжений. Виброобработке подвергают метал­локонструкции из углеродистых сталей, чугунов, алюминиевых и титановых сплавов. Сущность метода заключается в том, что метал­локонструкция 1 (рис. 4.30) установлена на виброизолирующих опо­рах 2. К ней прикреплен струбцинами или болтами вибровозбуди тель 3 с регулируемой частотой колебаний. На пульте управления виброустановки 4 расположены приборы, регистрирующие частоту и амплитуду колебаний с помощью датчика 5, прикрепленного к свар­ной конструкции. При плавном изменении частоты колебаний от минимальной до максимальной регистрируют резонансные частоты системы «сварная конструкция — вибровозбудитель». Затем произ­водят виброобработку на выбранных резонансных частотах.

Основные параметры вибрационной обработки - амплитуда и время (длительность) вибронагружения. Чем выше амплитуда пере­менных напряжений, тем интенсивнее происходит релаксация оста­точных напряжений. Резонансными обычно бывают частоты в диа­пазоне 10-120 Гц, а длительность обработки, необходимая для сня­тия напряжений, составляет несколько минут.

Зачистка сварных швов от шлака, грата и окалины, снятие усиле­ния швов, удаление наплывов производятся механизированнно-руч-ными электрическими и пневматическими машинками, которые под­разделяются по назначению на шлифовальные зачистные, фрезер­ные и рубильные.

Рис. 4.30. Схема вибрационной обработки сварных конструкций