Если основным требованием является устранение деформаций, то
перераспределением напряжений обычно не интересуются. И наоборот,
устраняя остаточные напряжения, не придают особого значения деформациям
(перемещениям) сварной конструкции, хотя последние при этом могут
изменяться. Разделение методов борьбы со сварочными напряжениями и
деформациями на две группы является условным и зависит от основного
назначения того или иного метода.
Остаточные перемещения в большинстве случаев определяют стандартными мерительными инструментами и индикаторными головками.
Остаточные напряжения отражаются на точности сварных конструкций при механической обработке и последующей эксплуатации. Определить расчетным путем величину ожидаемой деформации в реальных машиностроительных конструкциях в настоящее время не представляется возможным, если не говорить о простейших конструкциях, которые можно свести к пластине или балке.
Разнообразие конструктивных вариантов сварных соединений в цилиндрических и сферических оболочках довольно велико. Простейшими стыковыми соединениями являются продольные швы цилиндрических оболочек, кольцевые швы на цилиндрах и сферах, круговые швы на цилиндрических и сферических поверхностях и, как частный случай, круговые швы на плоских листовых элементах. Отдельные листовые элементы оболочек имеют пониженную жесткость по сравнению с другими сварными конструкциями. Поэтому в процессе нагрева и остывания в ряде случаев образование остаточных напряжений и деформаций происходит иначе, чем при жестком закреплении этих элементов. Отличие состоит в том, что в процессе нагрева, несмотря на закрепления, листовые элементы могут перемещаться в направлении, перпендикулярном плоскости листа.
При изготовлении сварных конструкций борьба с пористостью сварных швов должна начинаться уже с первых стадий технологического процесса. Еще на складе должны быть приняты меры по защите металла от атмосферных осадков. После обработки детали должны быть очищены в местах сварки и вблизи них на расстоянии 20—30 мм от ржавчины, масла, краски и других загрязнений.
Холодные трещины (XT) — локальное хрупкое межкристаллическое разрушение металла сварных соединений — представляют собой частый сварочный дефект в соединениях углеродистых и легированных сталей, если при сварке они претерпевают частичную или полную закалку. Трещины образуются после окончания сварки в процессе охлаждения ниже температуры 420...370 К или в течение последующих суток. Они могут возникать во всех зонах сварного соединения и располагаться параллельно или перпендикулярно оси шва.
Ряд полимеров (полиамиды, фторопласты, поликарбонат и др.) из-за особенностей теплофизических свойств обладают ценными эксплуатационными свойствами, которые позволяют использовать их в ответственных сварных конструкциях. Однако эти полимеры обладают плохой или ограниченной свариваемостью. Для расширения технологических возможностей сварки и повышения качества сварных соединений на этих полимерах целесообразно использовать комбинированные способы сварки.
Принципиально сварка световым лучом не отличается от сварки ИК-излучением. Для осуществления этого метода используется излучение с диапазоном длин волн 0,5—0,7 мкм.
При сварке термопласта лучом лазера нагрев соединяемых поверхностей достигается в результате превращения лучевой энергии лазера в тепловую в месте фокусировки луча (рис. 29.11). Особенность лазерного излучения состоит в его способности создавать в фокусе мощность значительной плотности. Для этого когерентный луч при помощи специальных линз собирается в узкий пучок, достигающий десятых долей миллиметра. Непрерывно действующий СО2-лазер мощностью 1 кВт позволяет в фокальном пятне диаметром 0,1 мм получить плотность тепловой мощности 3x10 Вт/мм2. Лазерная сварка эффективна при сварке тонких пленок из ПЭВД — δ=50÷50 мкм. Скорость сварки 3,3—4 м/с.
Сварка с помощью ИК-излучения основана на превращении лучистой энергии в тепловую внутри соединяемого материала. ИК-излучение имеет электромагнитную природу, считается, что ИК-спектр занимает область длин волн от 0,72 до 1000 мкм, т. е. от красной границы видимого спектра до коротковолновой части миллиметрового диапазона, ИК-лучи ведут себя как и любые другие лучи: отражаются, преломляются, поглощаются. Поглощаемость ИК-лучей телами и использована для сварки. Механизм преобразования ИК-лучей в тепло внутри материала состоит в следующем.
Сварка термопластов ТВЧ основана на нагреве в результате преобразования электрической энергии в тепловую непосредственно внутри самого материала. Сущность процесса сварки ТВЧ заключается в следующем. Свариваемое изделие помещают в переменное электрическое поле высокой частоты. Поскольку пластмассы являются несовершенными диэлектриками, элементарные заряды при внесении диэлектрика в высокочастотное поле несколько смещаются, небольшое количество имеющихся в диэлектрике свободных зарядов образует ток проводимости.
Существует много приемов, позволяющих уменьшить или устранить сварочные деформации. Способы борьбы с деформациями могут быть классифицированы и по другому признаку в зависимости от того, применяются ли они до сварки, в процессе сварки или после сварки.
По температуре возникновения горячие трещины подразделяют на кристаллизационные, возникающие в области температур солидуса, и подсолидусные, температура образования которых ниже температуры окончания процесса затвердевания.
Горячими трещинами называются хрупкие межкристаллитные разрушения сварного шва или околошовной зоны, возникающие в области температурного интервала хрупкости в результате воздействия термодеформационного сварочного цикла. Горячие трещины чаще всего возникают в сплавах, обладающих выраженным крупнокристаллическим строением, с повышенной локальной концентрацией легкоплавких фаз. Согласно общепринятым представлениям, они возникают в том случае, если интенсивность нарастания деформаций в металле сварного соединения в период остывания приводит к деформациям большим, чем его пластичность в данных температурных условиях. Способность сварного соединения воспринимать без разрушения деформации, вызванные термодеформационным циклом сварки, определяет уровень его технологической прочности.
Сварка трением основана на превращении механической энергии трения в тепловую энергию. Процесс состоит из двух стадий: нагрева и осадки.
Способ предложен в 1958 г. учеными МВТУ им. Н. Э. Баумана под руководством акад. Г. А. Николаева. Способ ультразвуковой сварки пластмасс заключается в том, что электрические колебания ультразвуковой частоты (18—30 кГц), вырабатываемые генератором, преобразуются в механические продольные колебания магнитострикционного преобразователя, вводятся в свариваемый материал с помощью продольно-колеблющегося инструмента-волновода, расположенного перпендикулярно свариваемым поверхностям.
Сущность способа контактной тепловой сварки заключается в том, что свариваемые детали в месте соединения нагреваются до температуры вязкотекучего состояния специальными инструментами-нагревателями, передающими тепло свариваемым поверхностям при контакте с ними. После разогрева свариваемых поверхностей нагреватель выводят из зоны соединения, и под действием давления детали свариваются.
Сущность процесса состоит в том, что расплавленный материал, выходящий из экструдера (экструзионная сварка или сварка экструдируемой присадкой) или из машины для литья под давлением, непрерывно или периодически подается в зазор между соединяемыми поверхностями, которые он нагревает до температуры сварки, сплавляясь с ними, так образуется сварной шов.
Сварка нагретым газом основана на использовании его тепловой энергии для разогрева свариваемых поверхностей и присадочного материала до вязкотекучего состояния или плавления. Тепло подводится непосредственно к соединяемым поверхностям последовательно от одного участка шва к другому. Сварка может осуществляться с применением присадочного материала и без него.
Для получения равномерного оплавления обеих кромок сварного соединения была выбрана схема сварки с расщепленным электродом при поперечном расположении электродных проволок по отношению к шву. Одним из важных параметров режима в этом случае является оптимальное расстояние между электродами, при котором обеспечивается правильное формирование сварного соединения (рис.87, 88). В качестве флюсовых подушек использовали флюсы АН-348-А, ОСЦ-45, ФЦ-6, АН-26, АН-60 и другие, однако лучшие результаты получены при сварке на стальной подкладке.
