1. Dlaczego naprężenia szczątkowe są większe po spawaniu?
Naprężenie szczątkowe w zwojach-walcowanych na zimno:
Walcowanie na zimno to proces gwałtownego odkształcenia plastycznego, który powoduje powstawanie nieodłącznych, rozproszonych naprężeń szczątkowych w materiale (zwykle naprężenia ściskające na powierzchni i naprężenia rozciągające w rdzeniu).
Jeśli wyżarzanie-po walcowaniu na zimno jest niewystarczające, naprężenia te będą się utrzymywać.
Nowe naprężenia własne wprowadzane przez spawanie (jest to kwestia podstawowa):
Lokalnie intensywne nagrzewanie: podczas spawania obszar spoiny jest szybko podgrzewany do temperatury topnienia, podczas gdy otaczający materiał podstawowy (-cewka walcowana na zimno) pozostaje w niższej temperaturze.
Nierównomierna rozszerzalność i kurczliwość cieplna: Podczas nagrzewania rozszerzalność obszaru spoiny jest ograniczona, co powoduje ściskanie tworzywa sztucznego; podczas chłodzenia skurcz spoiny jest ograniczony, co prowadzi do wysokich naprężeń szczątkowych rozciągających w spoinie i-strefie wpływu ciepła, często zbliżających się do granicy plastyczności materiału.
Transformacja mikrostruktury: Niektóre stale ulegają przemianom mikrostruktury (takim jak przemiana martenzytyczna) pod wpływem cykli cieplnych spawania, a te zmiany objętości dodatkowo zwiększają naprężenia.
2. Jakie są niebezpieczeństwa związane z nieeliminacją szczątkowych naprężeń spawalniczych?
Odkształcenie i niestabilność: Uwalnianie naprężeń prowadzi do skręcania i wypaczania komponentów, wpływając na dokładność wymiarową i montaż.
Pękanie korozyjne naprężeniowe: W środowiskach korozyjnych naprężenia rozciągające znacznie przyspieszają inicjację i propagację pęknięć.
Zmniejszona wytrzymałość zmęczeniowa: Szczątkowe naprężenia rozciągające nałożone na naprężenia rozciągające w obciążeniu roboczym zmniejszają trwałość zmęczeniową elementu i łatwo powodują pęknięcia zmęczeniowe na spoinach.
Zmniejszone obciążenie-Nośność łożyska: wysokie naprężenia szczątkowe mogą spowodować, że element osiągnie granicę plastyczności, zanim wytrzyma obciążenia zewnętrzne.
Wpływ na późniejszą obróbkę: Podczas obróbki równoważenie naprężeń może prowadzić do nowych odkształceń, powodując utratę kontroli nad dokładnością obróbki.
3.Jak wyeliminować naprężenia szczątkowe podczas spawania?
Metody obróbki cieplnej (najbardziej klasyczne, najskuteczniejsze i powszechnie stosowane)
Zasada: Wykorzystując właściwość polegającą na tym, że granica plastyczności materiałów zmniejsza się w wysokich temperaturach, naprężenia są łagodzone poprzez odkształcenie plastyczne. Jednocześnie może poprawić grubą mikrostrukturę-strefy wpływu ciepła spawania.
Główne procesy:
Wyżarzanie- odprężające: znane również jako „wyżarzanie-redukujące naprężenie”. Obrabiany przedmiot jest równomiernie podgrzewany do temperatury poniżej Ac₁ (zwykle 550-650 stopni w przypadku stali węglowej), utrzymywany w tej temperaturze przez pewien czas (obliczony na podstawie grubości, np. 1 godzina na 25 mm), a następnie powoli schładzany. Jest to najbardziej dokładna i niezawodna metoda.
Ogólne odpuszczanie-w wysokiej temperaturze: w przypadku komponentów wymagających odpuszczania-po spawaniu proces odpuszczania eliminuje również naprężenia.
Technologia starzenia wibracyjnego (wysoka wydajność,-oszczędność energii, coraz popularniejsza)
Zasada: Przenośny wibrator przykłada okresowe obciążenie do przedmiotu obrabianego, powodując mikroskopijne odkształcenie plastyczne przy częstotliwości rezonansowej, osiągając w ten sposób homogenizację i redukcję naprężeń.
4.Jakie są zasady, zalety i wady metody rozciągania mechanicznego?
Zasada: Przyłożenie do spawanego elementu obciążenia rozciągającego przekraczającego granicę plastyczności, w całości lub w części, powoduje odkształcenie plastyczne w całym- przekroju poprzecznym, uwalniając w ten sposób naprężenia szczątkowe. Powszechnie stosowane do materiałów płytowych i pojemników spawanych.
Metody realizacji: Podnośniki hydrauliczne, obciążenie wybuchowe, próby hydrostatyczne (w przypadku zbiorników ciśnieniowych próby hydrostatyczne służą zarówno do kontroli, jak i odprężania przeciążeniowego).
Zalety: Efekt bezpośredni, szczególnie odpowiedni do konstrukcji płytowych.
Wady: Wymaga potężnego sprzętu ładującego; nadaje się do detali o określonych kształtach i rozmiarach.
5. Jakie są zalecenia dotyczące doboru materiałów i koordynacji procesów w przypadku spawanych kręgów-walcowanych na zimno?
Kontrola źródła: w przypadku krytycznych konstrukcji spawanych należy priorytetowo traktować w pełni przetworzone-blachy stalowe walcowane na zimno (tj. wyżarzane i wyrównywane, takie jak SPCC-SD) ze względu na ich niższy początkowy poziom naprężeń szczątkowych.
Optymalizacja projektu: Zmniejsz liczbę, długość i grubość spoin; unikać przecięć spoin i gęstych spoin; zoptymalizować projekt skosu.
Proces spawania: stosuj metody spawania o niskiej-cieplności-(np. spawanie MAG zamiast ręcznego spawania łukowego), spawanie wielo-warstwowe, wielościenne-, spawanie symetryczne i metody-odkształcenia wstępnego, aby zmniejszyć naprężenia spawalnicze i odkształcenie u źródła.
Wybór obróbki po-spawaniu:
Ogólnie ważne elementy konstrukcyjne: Preferowaną opcją jest starzenie wibracyjne (ekonomiczne i wydajne).
Krytyczne elementy-nośne, zbiorniki ciśnieniowe i konstrukcje wymagające odporności na korozję naprężeniową:-wyżarzanie odprężające jest obowiązkowe.
Duże konstrukcje, których nie można-poddawać testom w piecu: należy zastosować miejscową obróbkę cieplną lub starzenie wibracyjne.