Jak minimalizovat zkreslení při svařování hliníku

Svářeč musí sledovat nejen správný tvar švu, ale také předvídat dopad svařování na budoucí konstrukci. Vzhledem k tomu, že během elektrického svařování nebo spalování plynem se kov lokálně zahřeje na 3000-5000 ⁰C a zbytek zůstává studený, vznikají vnitřní pnutí, která deformují výrobek. Takové fyzikální jevy nejen kazí vzhled produktu, ale také vedou ke zničení kloubů, které jsou vystaveny dodatečnému namáhání. Podívejme se podrobněji na to, jak vnitřní napětí vznikají, jaké jsou jejich typy a co dělat, abychom jim zabránili nebo je odstranili.

V tomto článku:

• Příčiny napětí a deformace při svařování
• Výskyt napětí a deformací kovu
• Jak se klasifikují deformace během procesu svařování?
• Jak zabránit deformaci při svařování
• Boj proti zbytkovému napětí a deformaci

Co je napětí a deformace kovu

Nejprve si tyto jevy definujme. Svařovací napětí – jedná se o mechanický efekt generovaný v zóně svařování a ovlivňující samotný spoj a okolní strukturu.

• protahování;
• kompresní;
• ohýbání;
• kroucení.

Deformace svařování je změna tvaru konstrukce vlivem vnitřní síly (napětí) nebo změna struktury materiálu. K některým deformacím dochází okamžitě, zkreslují parametry výrobku, jeho rovinu a symetrii. Další deformace se objevují později v podobě změny rozměrů, koroze a destrukce svarů.

Nejjednodušší příklad napětí a deformace nastane, když jsou dva tenké plechy oceli spojeny souvislým jednostranným svarem. Výsledkem je, že výrobek ztrácí svou rovinnost, protože se plechy ohýbají a přitahují k sobě, struktura získává tvar V. Čím více švů, průchodů a složitosti výrobku, tím vyšší je pravděpodobnost vnitřního pnutí.

Možnost dalšího provozu konstrukce závisí na stupni deformace. V některých případech se to stává nemožným nebo nebezpečným, takže svářeči musí znát příčiny těchto jevů a v rámci možností jim předcházet nebo je napravovat.

Proč při svařování dochází k pnutí a deformacím?

Hlavním důvodem namáhání kovu při svařování je lineární roztažnost od ohřevu. Vzhledem k tomu, že se materiál v oblasti stehu velmi zahřeje, ale v ostatních částech zůstává studený nebo mírně teplý, dochází k fyzickému nárazu. Když se šev ochladí, stáhne se a táhne s sebou připojené strany obrobku, což vede k deformaci.

K pnutí nevyhnutelně dochází při svařování dvou různých materiálů, jako je běžná a uhlíková ocel nebo uhlíková a vysoce legovaná ocel. Mají různé teploty tání a podle toho i koeficienty tepelné roztažnosti. Jeden materiál natahuje druhý, pokud jsou pevně spojeny.

Strukturální změny jsou možné, když je materiál vytvrzen během procesu ohřevu ze svařování. Jeho hustota a objem se mění a napětí působí na sousední oblasti a způsobuje v nich trhliny. Toto jsou přirozené důsledky procesu svařování a níže si probereme, jak jim předcházet a jak jim předcházet.

Mezi sekundární příčiny napětí a deformace patří:

Rychlé ochlazení materiálu obrobku. Svářeči spěchají, aby pokračovali v práci, ale kvůli vysoké teplotě nemohou udržet svařované díly, takže je ponoří do nádoby se studenou vodou nebo je nasypou nahoru. Nesprávné výpočty svařování. Je třeba vzít v úvahu, kde se kov při zahřátí roztáhne, a udělit pro to tolerance. Chyby při montáži. Nedodržení vůlí specifikovaných na výkresech nebo svařování bez řezných hran v případě potřeby povede k nadměrnému namáhání a deformaci konstrukce. Malá vzdálenost mezi švy. Pokud umístíte stehy blízko u sebe, povrch se nevyhnutelně přehřeje a roztáhne a poté se stáhne. Při navrhování konstrukce je důležité umístit švy v dostatečné vzdálenosti od sousedních spojů. Chyby při výběru režimu svařování. Příliš vysoký proud, nesprávně zvolený průměr elektrody nebo nesprávný úhel držení hořáku vedou k přehřívání dílů a zkreslování konstrukčních parametrů. Chyby v posloupnosti stehů. Zkušení svářeči vědí, že namáhání kovu lze kontrolovat vyrovnáváním výrobku střídáním svarů na různých místech. Bez přísného sledu a střídání topných stran se výrobek jednoduše ohne do oblouku.

Některé deformace v určitých strukturách jsou nevyhnutelné a jejich projevy lze pouze omezit. Jiné jsou přímým důsledkem porušení technologie práce a přítomnost nebo nepřítomnost takových deformací ve struktuře závisí pouze na zkušenostech svářeče.

Jak se klasifikují deformity?

Jak jsme viděli dříve, na základě důvodů jejich vzniku jsou napětí a deformace dvou typů: tepelný и strukturální. První z nich jsou spojeny s vystavením vysokým teplotám a chlazení a druhé se změnou krystalové mřížky. Někdy se oba typy stresu a napětí vyskytují současně.

V místě, kde se objeví napětí, může být místní (ve švu, spoji, jedné části obrobku) popř v celé konstrukci. Například špatně svařená plechová nádoba bude celá hrudkovitá (stěny budou zvlněné) nebo se strany stanou konkávními.

Podle směru deformací se rozlišují: lineární (zobrazí se pouze jedním směrem) ploché (rozbíhají se v různých směrech podél roviny) a trojrozměrný (ovlivňuje tři osy konstrukce).

Podle doby působení je napětí dočasný и reziduální. První nastává během procesu svařování a zmizí po vychladnutí dílů. Deformace, i když se objevily, také zmizí, proto se nazývají plasty (samotný kov má správný tvar). Ve druhém případě působí napětí v materiálu i po ochlazení dílů a deformace z něj vyplývající jsou považovány za elastické.

Jak zabránit deformaci při svařování

Často je možné omezit nebo zabránit vzniku deformací během svařování ve fázi návrhu a montáže poskytnutím prostoru pro smrštění materiálu. Například svářeč potřebuje spojit dva sloupky s příčnými obloukovými nebo lichoběžníkovými propojkami, aby dodržel středovou vzdálenost přesně 500 mm (nebo 400, 600 mm). Při montáži uspořádejte díly tak, aby středová vzdálenost byla 503 mm. Po svařování vznikne napětí, které přitáhne strany k sobě a šířka ve středu stojanů bude přesně 500 mm. Tolerance jsou obdobně stanoveny pro ostatní strany, pak bude výrobek odpovídat parametrům uvedeným na výkresech.

Další příklad montáže se zamezením deformace. K trubkovému stojanu o tloušťce stěny 1,5 mm musí být přivařeno 6-10 dalších prvků (trubek), ale všechny budou umístěny na jedné straně. Četné švy tuto stranu nejprve zahřejí a poté ji utáhnou, čímž se sloupek nevyhnutelně ohne. Když to pochopíte, zpočátku jej mírně ohněte v opačném směru. Nejlépe je použít šablonu s možností fixace (uchycení), kdy se pod spodní středovou část výrobku umístí měděné podklady tloušťky 3-4 mm. Zbývající prvky jsou přivařeny k takovému stojanu a po uvolnění svorek se vyrovná.

Samozřejmě ve výše uvedených příkladech nelze určit okem určení šířky tolerance pro následné utažení nebo tloušťku substrátů pro záměrné ohýbání. Vše závisí na počtu švů a tloušťce svařovaného kovu. Proto se nelze obejít bez speciálních výpočtů. Pokud však výrobek není příliš kritický, můžete tolerance určit testováním na hrubých polotovarech.

Mezi další techniky, které svářeči používají, aby zabránili zkreslení, patří:

• Střídavé umístění cvočků na obou stranách, aby odolalo vnitřním utahovacím silám.
• Přelamování dlouhých švů na kratší.
• Svařování dlouhých úseků metodou obráceného kroku.
• Zkrácení délky spojů, pokud to neovlivní pevnost konstrukce.
• Svařování sousedních paralelních švů v různých směrech tak, aby se napětí z nich navzájem kompenzovalo.
• Snížení teploty snížením proudu, přerušované obloukové svařování nebo pulzní svařovací stroje (Pulse) (relevantní pro svařování hliníku a tenkých kovů).
• Pokud je to možné, snižte počet průchodů.
• Fixace obrobků a sestav v přípravcích, zabraňující pohybu dílů při svařování.
• Střídavé překrytí na každé straně v případě oboustranného svařování.
• Snížené zahřívání díky umístění tenkých plechů na měděné desky, které absorbují teplo.

Je důležité nedávat vedle sebe více než tři stehy různých směrů. Míru namáhání ovlivňuje tvar konstrukce. Například rám auta ve tvaru C je povoleno svařovat pouze podélně (aplikují se podélné švy), nikoli příčné, jinak se nosník ohne.

Boj proti zbytkovému napětí a deformaci

Zbytková napětí jsou eliminována tak, aby neovlivňovala spoje a celou konstrukci nejúčinněji žíháním. Produkt se umístí do pece, komory nebo se připojí ke zdroji indukčního ohřevu a zahřeje se na teplotu 550-680 ⁰C. U výrobků ze silnostěnných materiálů je poskytována určitá doba žíhání (několik minut až několik hodin), aby se konstrukce dostatečně zahřála. Výrobek se pak nechá pomalu vychladnout spolu s pecí.

To může trvat den nebo déle, ale pouze v tomto případě je napětí ve vysokopevnostní oceli zcela uvolněno. Pokud tak neučiníte, dojde k vnitřnímu napětí, které zničí šev nebo tepelně ovlivněnou oblast.

Někdy ke zmírnění stresu stačí lokální zahřátí produktu. To se provádí pomocí plynových hořáků nebo ručních hořáků připojených k propanovým a kyslíkovým lahvím. Teplota 800 ⁰C a mírný tlak na studený okraj konstrukce umožňují dosažení správné polohy. U trubkových dutých prvků byste měli být obzvláště opatrní, abyste nezničili kruh zploštěním válcové části.

Vzniklé zbytkové deformace jsou eliminovány mechanickým působením vytvářeným tlakem. Pro velké tlusté díly se používá hydraulické zařízení (lis, tyče). Malé struktury z tenkého plechu se vyrovnávají údery gumových paliček, aby na kovovém povrchu nezůstaly promáčkliny. Náraz by měl být v opačném směru.

Dalším způsobem mechanického odstranění deformací je válcování materiálu nebo válcování. Vhodné pro plechové a ploché výrobky. Díky systému válečků a válečků se konstrukce ohýbá v opačném směru.

Napětí a deformace při svařování kovů jsou nevyhnutelné. Ale pochopením jejich povahy a znalostí jejich charakteristických rysů se můžete naučit je zvládat a minimalizovat je. V ostatních případech je důležité vědět, jak výrobek opravit a dát mu rovnoměrný, symetrický vzhled.

Odpovědi na otázky: zda se stát svářečem – klady a zápory profese

Jak přivařit profilovou trubku k rovině pod úhlem 90⁰?
Skrýt Další podrobnosti

Aby nedošlo k deformaci, zejména k výplni rohů, nejprve umístěte jeden spon, vyrovnejte trubku a upevněte ji druhou sponkou na opačné straně. Podobně jsou postupně uchopeny další dvě strany. Svařování se provádí ve stejném pořadí, aby se vertikální část nepohybovala.

Jak kritická je deformace se stranovou odchylkou 0,5⁰?
Skrýt Další podrobnosti

Vše závisí na velikosti produktu. Na malé konstrukci dlouhé 20 cm to nemusí být vůbec znát. Pokud je však délka svařované trubky 1 m, bude druhá hrana blokována o 15 mm. Pokud je velikost přepážky 2 m, bude rozdíl mezi okraji 3 cm.

Pomůže svorka zabránit deformaci při svařování produktu?
Skrýt Další podrobnosti

Ano, správně umístěné svorky slouží jako stejné příchytky na zadní straně, nedovolí, aby kov při krystalizaci stáhl svařované díly. Je důležité svařit výrobek ze tří stran a teprve poté odstranit svorky, abyste svařili čtvrtou stranu.

Jaký kov je potřeba žíhat, aby se eliminovalo pnutí?
Skrýt Další podrobnosti
Obvykle se žíhá vysokopevnostní ocel, jako je uhlíková ocel.
Co byste neměli dělat při svařování v zimě?
Skrýt Další podrobnosti

Čerstvě svařený výrobek neházejte do sněhu ani jej nepokládejte na led, aby se ochladil. Struktura zeslábne a švy mohou prasknout.

Kam jde kov při umístění švu?
Skrýt Další podrobnosti

Obvykle je obrobek tažen ve směru, ze kterého je aplikován šev. Pokud bylo svařování provedeno na horní přírubě profilové trubky, bude obrobek vytažen nahoru. Pokud zespodu – dolů. Pochopení tohoto pomůže začínajícímu svářeči předvídat napětí a napětí, ke kterému dojde, aby mohl součást správně upnout.

Otázka od svářeče: V minulosti jsem vyrobil několik poměrně složitých ocelových konstrukcí, které měly občas problémy s deformací. Uvažuji o přechodu na hliník jako náhradní materiál u některých těchto konstrukcí. Zajímají mě následující otázky: jaké zkreslení mohu očekávat při svařování hliníku? A jak tomu mohu zabránit?

Odpověď: Musíme vzít v úvahu hlavní příčiny deformace v jakékoli obloukově svařované konstrukci a zejména některé vlastnosti hliníku. Deformaci svaru lze definovat jako „nerovnoměrné roztahování a smršťování svarového kovu a přilehlého základního kovu během cyklu ohřevu a chlazení procesu svařování“. Při obloukovém svařování všech materiálů dochází ke zkreslení a principy, na nichž je založen tento článek, jsou v podstatě stejné.

Porozumění deformacím při svařování

Pokud se kus kovu rovnoměrně bez omezení zahřeje v peci na danou teplotu a poté se nechá vychladnout na svou původní teplotu, nejprve se roztáhne (v rozsahu závislém na jeho koeficientu roztažnosti) a poté se smrští, když se ochladí na svou původní velikost. Pokud použijeme tento druh rovnoměrného ohřevu a chlazení na neomezenou konstrukci, proces ohřevu a chlazení by neměl vést k její deformaci.

Bohužel při obloukovém svařování využíváme nerovnoměrného lokalizovaného ohřevu konstrukce. Toto zahřívání je omezeno na zónu svaru a její bezprostřední okolí. Navíc během procesu svařování dochází k ohřevu a ochlazování pod různým stupněm omezení. Část svařence mimo svarovou zónu, která se neohřívá nebo je zahřátá na mnohem nižší teplotu, působí jako omezení pro část, která je zahřátá na vyšší teploty a podléhá větší expanzi. Nerovnoměrné zahřívání, které má za následek nerovnoměrné roztahování a smršťování, spolu se smršťováním svarového kovu a základního kovu, stejně jako částečné zadržování částí konstrukce méně vystavených vysokým teplotám, jsou hlavními příčinami problémů s tepelnou deformací, ke kterým dochází během svařování.

Deformace při svařování hliníku a uhlíkové oceli

Teoreticky může být při svařování hliníku vliv některých hlavních faktorů způsobujících deformaci poněkud zvýšený ve srovnání s uhlíkovými oceli. Hliník má vysokou tepelnou vodivost; Tato vlastnost může ovlivnit deformaci a výrazně ovlivnit svařitelnost. Tepelná vodivost hliníku je přibližně pětkrát vyšší než u nízkouhlíkové oceli. Hliník má také vysoké smrštění při tuhnutí, asi 6 % objemových, a vysoký koeficient tepelné roztažnosti. Když svařujeme hliník obloukem, aplikujeme vysoké lokalizované teplo na materiál v oblasti svařování a kolem ní. Existuje přímá úměra mezi velikostí změny teploty a změnou rozměrů materiálu při zahřívání. Tato změna je založena na koeficientu roztažnosti. Je to míra lineárního nárůstu na jednotku délky s ohledem na změnu teploty materiálu.

Hliník má jeden z nejvyšších koeficientů roztažnosti a při stejné změně teploty mění velikost téměř dvakrát tolik než ocel. Pro hliníkovou konstrukci srovnatelnou s ocelí je však často vyžadována větší tloušťka materiálu. Jedná se o konstrukční prvek, který lze použít k zajištění potřebné tuhosti a požadované pevnosti. Protože hliník je přibližně 1/3 hmotnosti oceli, můžeme zdvojnásobit původní návrhovou tloušťku hliníkové konstrukce a přesto dosáhnout pouze 2/3 hmotnosti původní ocelové konstrukce. Významem takového nárůstu tloušťky materiálu bude výrazné snížení možnosti deformace.

Jaké metody můžeme použít ke snížení tepelných deformací?

Metody boje proti deformaci při svařování hliníku jsou stejné jako při svařování jiných materiálů; V závislosti na tloušťce materiálu a provedení však může být nutné věnovat více pozornosti následujícím aspektům:

1. ИVyhněte se nadměrným svarům v konstrukci: Udržujte celistvost konstrukce
Pravděpodobně nejčastější příčinou nadměrného tepelného zkreslení je nadměrný počet svarů, neboli prostupů, v konstrukci výrobku. Abychom snížili deformaci, musíme se snažit minimalizovat ohřívací a smršťovací síly. Svar musí obsahovat pouze takové množství svaru, které je nezbytné ke splnění jeho výkonnostních požadavků. Správný výběr velikostí koutových svarů pro splnění požadavků na spojování může pomoci snížit zkreslení. Neměly by být provedeny svary přesahující rozměry uvedené v technických výkresech. Svářeči musí být vybaveni měřícími přístroji a svářečskými šablonami, aby mohli své svary změřit a zajistit, aby nevytvářeli svary výrazně větší, než je uvedeno. Při vytváření tupých spojů by měla být řízena příprava hran, lícování a vyztužení svarů, aby se minimalizovalo množství usazeného kovu a tím se snížilo zahřívání a smršťování.

2. Výběr správného spoje s drážkou na okraji
Při svařování silnějšího materiálu vyžaduje dvojitý V spoj přibližně polovinu svarového kovu oproti jednoduchému V spoji a je účinnou metodou snížení deformace. Přechod na J-drážku nebo U-drážku může také pomoci snížit požadavky na svarový kov spoje.

3. Přechod na přerušované rohové svary
Kde je to možné, je třeba zvážit použití přerušovaných svarů. Často je možné zachovat adekvátní požadavky na pevnost a snížit svařování o 70 % použitím přerušovaného svařování místo kontinuálního svařování, pokud to konstrukce umožňuje.

4. Umístění svarů vzhledem k neutrální ose
Vyvažte svar a umístěte svary blízko neutrální osy svařence. Neutrální osa svařované konstrukce je těžištěm průřezu součásti. Umístění stejně velkých svarů na obě strany této přirozené středové linie může vyvážit jednu smršťovací sílu proti druhé. Umístění svaru blízko neutrální osy konstrukce může snížit deformaci snížením síly smršťovacích napětí, která mohou strukturu vyvést z rovnováhy.

5. Minimalizace svařovacích průchodů
Pokud je to možné, snižte počet svařovacích průchodů. Několik průchodů velkou elektrodou je výhodnějších než mnoho průchodů malou elektrodou. Dodatečný přívod tepla může způsobit větší úhlové zkreslení u víceprůchodových jednoduchých koutových svarů a víceprůchodových jednoduchých svarů s V-drážkou.

6. Vyberte si správný postup svařování
Pečlivě vybírejte proces svařování. Použijte proces, který poskytuje nejvyšší rychlost svařování a umožňuje dokončení svaru v minimálním počtu průchodů. Tyto technologie poskytují přesné množství svařovaného kovu při velmi vysoké rychlosti. Naštěstí moderní procesy obloukového svařování používají vysoké rychlosti svařování, které pomáhají bojovat proti zkreslení.

7. Dodržujte svařovací sekvenci nebo proces otočte
Chcete-li minimalizovat zkreslení, použijte správnou sekvenci svařování pro svarové švy produktu a použijte také obrácenou metodu. Reverzní technika umožňuje, aby byl celý proces svařování prováděn v jednom směru, ale každá jednotlivá svarová housenka byla umístěna v opačném směru. To nám umožňuje použít předchozí svary jako blokovací efekt pro následné svary následných švů.

8. Svařování správným způsobem
Kdykoli je to možné, svařte spoj nebo konstrukci od středu směrem ven. Pokud je to možné, střídejte strany pro postupné průchody při svařování oboustranných víceprůchodových svarů. Ještě účinnější metodou kontroly deformace je svařit obě strany oboustranného svaru současně.

9. Předběžná montáž svařovaných dílů
Předem umístěte svařované díly tak, aby po usazení svaru mohly zaujmout požadovaný tvar nebo polohu. Jedná se o metodu využití napětí ze smrštění během výrobního procesu. Prostřednictvím experimentování můžeme určit správné množství offsetu potřebného pro kompenzaci smrštění svaru. Pak vše, co musíme udělat, je kontrolovat velikost svaru, abychom dosáhli konzistentně zarovnaných svarů.

10. Zvažte použití zajišťovacích svorek
Zvažte použití omezovacích prostředků, jako jsou svorky, přípravky a přípravky, a také tupé spoje. Běžným způsobem řešení je upnutí svarového spoje na místě pomocí svorek připevněných k pevné nosné desce, aby byl svarový spoj držen na místě a aby se zabránilo jeho deformaci během svařování. Další metodou je umístění dvou svařovaných dílů konci k konci a jejich přitlačení těsně k sobě. Na obou sestavách je dokončeno svařování a před odstraněním svorek se nechají vychladnout. Předohýbání lze s touto metodou kombinovat vložením rozpěrek na vhodná místa mezi sestavy před upnutím a svařováním.

11. Zapněte hliníkové profily
Zvažte použití hliníkových profilů. Hliník je snadno dostupný ve standardních a zakázkových profilech. Mnoho výrobců využívá výhod hliníkových výlisků ke snížení množství svařování ve vyráběných součástech. Hliníkové profily poskytují vynikající příležitost snížit množství svařovacích prací (potenciální deformace), usnadňují montáž a často zlepšují estetiku svařovaného výrobku.

Závěr
Deformace svaru je způsobena místním roztahováním a smršťováním kovu, když se během procesu svařování zahřívá a ochlazuje. Omezení okolního nezahřátého kovu má za následek neustálé změny vnitřních pnutí. Pokud jsou tato napětí dostatečně vysoká a konstrukce jim nemůže dostatečně odolat, dochází k deformaci. Mnoho faktorů určuje, jaké úrovně napětí nastanou, jejich směr a zda povedou k nepřijatelným deformacím.

Mezi tyto faktory patří velikost a tvar svarů a jejich umístění ve svařované konstrukci, tepelný příkon během procesu svařování, velikost a tloušťka materiálu svařovaných dílů, sled montáže, sled svařování a další. V ideálním případě, aby se předešlo zkreslení, by návrh měl mít co nejméně svarů, zejména pokud jde o tenký kov. V případě hliníku máme ve fázi návrhu k dispozici několik možností, které mohou pomoci eliminovat zbytečné svařování. Použití odlitků, profilů, výkovků, ohýbaných nebo válcovaných forem často pomáhá minimalizovat množství svařování a tím snížit zkreslení.

Jednou z metod pochopení a plánování pro prevenci deformací je použití specializovaného počítačového softwaru. Počítačový software byl vyvinut jako nástroj pro pochopení a předpovídání deformací způsobených svařovacími procesy. Tento software je schopen předvídat zbytková napětí a deformace po svařování, což umožňuje svářečským technikům optimalizovat proces (pořadí svařování a/nebo podmínky uchycení).
Mnoho složitých hliníkových konstrukcí je svařováno každý den bez nadměrné deformace. Často je toho dosaženo společným úsilím konstruktérů, technologů a svářečů. Návrháři musí pečlivě zvážit dostupné možnosti, jak snížit množství svařování v konstrukci. Kromě toho je nutné umístit potřebné svary v oblastech, které nejméně pravděpodobně způsobí deformaci. Výrobce musí navrhnout, použít a řídit potřebné vybavení (proces svařování, upevnění atd.) a technologie (pořadí svařování a metody vyvažování), aby se snížil vliv procesu svařování na podporu zkreslení.

• Výroba
• MMA svařování
• Svařování MIG/MAG
• TIG svařování
• Plazmové řezání
• Svařovací traktory
• Laserové svařování
• Přidat. zařízení

• Zprávy
• Blog
• Recenze videa
• Katalogy ke stažení

• O nás
• Staňte se dealerem HUGONG
• Kde koupit
• Demo sál
• Jobs
• Prohlášení a certifikáty
• Záruky
• Platba a dodávka
• Vrácení nebo výměna zařízení
• Mapa stránek