1.5.2. Уменьшение деформаций на стадии проектирования конструкций, до сварки и при выполнении сварки

Рассматривая методы борьбы с деформациями, следует учитывать, что всякое уменьшение деформаций снижает и остаточные напряжения, как и снижение остаточных напряжений уменьшает деформации. Среди рациональных приёмов проектирования сварных конструкций, обеспечивающих уменьшение деформаций и напряжений, основными являются следующие:

а) назначение минимальной протяжённости и минимального сечения сварных швов, удовлетворяющих при этом требованиям прочности;

б) оптимизация последовательности сборочно-сварочных операций (например, сборку сложной конструкции целесообразно вести на прихватках, а затем выполнять сварку от наиболее жёсткого элемента; постепенное же наращивание элементов в сложную конструкцию без сборки на прихватках приводит к большим деформациям). При последовательности выполнения швов в балочных конструкциях необходимо для снижения деформаций изгиба учитывать жёсткость отдельных элементов. Например, двутавровые балки симметричного и несимметричного профиля необходимо сваривать в последовательности, указанной на рис. 1.15.

Сварку листовых конструкций для уменьшения деформаций следует выполнять или обратно-ступенчатым способом (рис. 1.16, а), или двумя сварщиками одновременно от середины (рис. 1.16, б). Непрерывная сварка от начала до конца даёт значительно большие деформации, особенно если листы малой толщины.

Среди приёмов, применяемых для уменьшения деформирования до процесса сварки, известно закрепление деталей в приспособлениях и создание деформаций, обратных сварочным. Закрепляющие приспособления широко применяют в тех случаях, когда конструкция состоит из нежёстких элементов, Приспособлениями при этом пользуются для сборки и прихватки. Сборка и прихватка в приспособлениях обеспечивает необходимое взаимное расположение отдельных элементов.

В процессе сварки изделий в приспособлениях увеличивается жёсткость системы «изделие - приспособление», вследствие чего уменьшаются перемещения, наблюдаемые в процессе сварки, т.е. временные перемещения, а также устраняются взаимные перемещения элементов конструкции. Остаточные деформации уменьшаются ненамного. Наиболее эффективно применение приспособлений для уменьшения деформаций тонколистовых конструкций.

Зажимные приспособления применяют также в тех случаях, когда свариваемые элементы располагают друг относительно друга так, чтобы компенсировать деформации, возникающие при сварке. Типичными примерами создания перемещений, противоположных сварочным, путём соответствующей сборки в зажимных приспособлениях, являются многослойная сварка встык с угловым изломом для компенсации угловой деформации (рис. 1.17, а) и электрошлаковая сварка листов большой толщины с переменным зазором для компенсации поперечных перемещений (рис. 1.17, б).

До сварки применяют также метод создания в конструкции деформаций, обратных сварочным. При изготовлении, например, элементов емкостей, оболочек, на кромках, которые подлежат сварке, создают пластический выгиб в наружную сторону (рис. 1.18). Если пластический выгиб в наружную сторону соответствует уменьшению диаметра оболочки в районе шва, то после сварки ее форма не будет искаженной.

В процессе сварки применяют метод регулирования теплового воздействия. Снижать деформации можно за счёт уменьшения ширины зоны пластического деформирования, происходящего в результате искусственного охлаждения околошовной зоны в процессе сварки. Такое охлаждение достигается использованием жидких и пастообразных составов, пропускаемых через специальные прижимы

Такой же эффект уменьшения остаточных деформаций может достигаться и путём сопутствующего сварке подогрева. Если в случае охлаждения околошовных зон сужается интенсивно нагретый участок и соответственно уменьшается пластическое деформирование на стадии нагрева, а значит, и остаточные деформации, то при сопутствующем подогреве двумя ацетилено-кислородными горелками, расположенными слева и справа от сварочного источника теплоты, температурное поле в свариваемой пластине выравнивается, перепады температур уменьшаются, а значит, уменьшаются и деформации (в незакреплённом равномерно нагретом и охлажденном теле остаточные деформации не возникают).