Причины появления и способы борьбы со сварочными деформациями с помощью оборудования EWM

Любой сварочный аппарат – от EWM до Торуса, от древнего трансформатора весом под центнер до легкого и элегантного инвертора – при работе создает зону высоких и сверхвысоких температур в свариваемом металле. Дороговизна или доступность цен сварочного оборудования на ярко выраженную локальность нагрева никак не влияет, да и неравномерность охлаждения не подается корректировке аппаратным путем. Поэтому появление деформаций при дуговой сварке металлов носит универсальный характер, противодействие же их появлению относится к важной теоретической и прикладной задаче. Стоит подчеркнуть, что внедрение инновационного оборудование не является гарантией избежать сварочного дефектообразования. Большая мощность новых аппаратов для сварки, их совместимость с различными металлами и марками сплавов способствуют возникновению напряжений и деформаций в готовом изделии – за универсальность и производительность приходится расплачиваться.

Причинами появления деформационных напряжений являются:

• Неравномерный характер нагрева. Любой материал при нагревании расширяется, и все металлы в том числе. Точная фокусировка теплового воздействия – у премиального сварочного аппарата EWM анодное пятно весьма небольшое и практически не колеблется в опытных руках – способствует разному объемному расширению шовного металла и прилегающих слоев. Чем ниже коэффициент теплопроводности – тем этот эффект значительнее, полностью устранить его невозможно ввиду самого принципа сварки как высокотемпературного процесса.
• Изменения структуры расплава после застывания (кристаллизации). Структурные изменения шовного металла крайне нежелательны ввиду разнонаправленности возникающих напряжений. Например, при определенных условиях (технологических, производственных и т.п.) ферритные стали после расплава преобразуются в мартенситные или аустенитные соединения. Аустенит плотнее феррита, мартенсит объемнее и легче. Структурные изменения такого рода чреваты опасностью коробления и растрескивания швов – при уровне легирования стали углеродом от 0.4 % такой эффект следует учитывать. Низкоуглеродистая сталь менее подвержена таким деформациям термического характера.
• Литейная усадка в процессе охлаждения. При остывании любого шва наплавленный металл уменьшается в объеме – это уже ведет к первичным растягивающим напряжениям в ЗТВ. Чем сложнее форма швов, чем больший разброс имеют их габариты – тем сложнее картина воздействующих на металл физических сил. Поэтому предпочтителен незначительный объем расплава, с сохранением достаточной для надежности глубины провара. К сожалению, предлагаемое по доступным ценам сварочное оборудование "здесь" не всегда способно проплавить сталь достаточно глубоко и с узким швом, для таких сложных задач предпочтительнее брендовые инверторы.

Деформационные напряжения – как влекущие конструктивные нарушения, так и формально сохраняющие геометрию изделий – опасны снижением прочностных качеств готовых деталей и конструкций. Если же изделие подвергается внешним нагрузкам, то совпадение приложенных сил с внутренним деформирующим воздействием способно привести к разрушению деталей, узлов, механизмов и целых конструкций. Полностью исключить деформирующие нагрузки нельзя, каким бы современным и инновационным не был сварочный аппарат. EWM, Lincoln Electric, ESAB, Kemppy – ведущие «игроки мира сварки» стараются минимизировать напряжения и деформации при использовании своего оборудования различными технологическими приемами. Немаловажен опыт сварщика, грамотный расчет стыков и узлов (конструктивный и технологический), правильный выбор режимов, оптимальная последовательность операций при многопроходной сварке и т.п. Можно назвать такие примеры конкретных рекомендаций по снижению вероятности появления деформирующих напряжений:

• Обратноступенчатый способ сваривания швов длиной от 0.5 метра. Движение на каждом из дискретных сварных участков противонаправлено основному вектору шва. Обратноступенчатое сваривание снижает имеющиеся напряжения в несколько раз по сравнению с «прямой» сваркой.
• При необходимости наложения многослойных швов используются схемы «горка» или «каскад». Хорошим способом улучшить механическую надежность многослойных швов является их проковка. Исключение обычно делается для завершающего слоя и корневого шва. Кроме того, швы в несколько слоев по широким разделкам и зазорам должны накладываться в обоснованной последовательности, для взаимной компенсации возникающих напряжений. Обычно схемы таких типовых последовательностей присутствуют на рабочих местах сварщиков или приводятся в соответствующей документации (инструкциях, нормативных пособиях).
• Сварка широких листовых настилов производится по схеме «полоса-торцы-полоса», постепенно наращивая ширину настила. Протяженные листовые конструкции должны стыковаться таким образом, чтобы неизбежная деформация элементов не мешала дальнейшей сварке, чтобы ее можно было выправить при наращивании того же настила в длину и ширину.
• Высокая вязкость основного металла требует специальных приемов по снижению деформационных напряжений. Наиболее простой из них – это стремительный теплоотвод. Быстрое охлаждение ЗТВ возможно с помощью водяного охлаждения, использования теплопроводящих подкладок из цветных металлов, посредством остывания с оснасточных приспособлениях и комбинацией этих методов. Приобретая по доступным ценам сварочное оборудование, можно получить и технологическую выгоду в плане его опосредованной производительности. Например, премиальные сварочные установки будут неоправданно «дорогим удовольствием» при необходимости полного остывания сваренного узла в оснасточно-сборочном приспособлении. Каждая минута простоя таких комплексов станет ударом по сварочному бюджету, а время ожидания может составлять целые часы.

Многие марки средне- и высокоуглеродистых сталей подвергают температурной обработке, в том числе и для снижения паразитных напряжений. Эта обработка может быть как предсварочной, так и следующей за сварочной операцией. Предварительный подогрев, отжиг и нормализация широко используются для создания стойких и надежных швов. Их конкретные параметры и технологические особенности зависят от конкретики сварочных работ.