Napětí a deformace ve svarových spojích

Deformace a pnutí při svařování jsou častým problémem začínajících svářečů. Jejich vzhled je z velké části způsoben porušením pravidel a technologických požadavků. Výsledkem je, že spoj křehne, na švu a kolem něj se objevují trhliny, což snižuje pevnost a těsnost výrobku. Geometrie se také může změnit. Tyto změny se liší až do bodu, kdy se díl stane nepoužitelným. Proč se během procesu svařování objevují deformace, zda lze jejich výskytu zabránit a jak situaci napravit – řekneme vám v tomto materiálu.

Deformace a napětí při svařování

Mechanické a/nebo teplotní účinky generované ve spoji a kolem spoje při svařování dvou částí jsou vždy spojeny s deformací kovové konstrukce. Deformace je proces změny tvaru, ke kterému dochází pod vlivem mechanických, teplotních faktorů a porušení pravidel svařování. Okamžitě se může objevit řada deformací, například porušená symetrie výrobku. Další se objevují později, například změny rozměrů, koroze, nedostatečná těsnost švů a tepelně ovlivněný prostor.

Proč dochází při svařování k deformaci kovu?

Nelze se vyhnout náhodným deformacím a napětí, které vždy doprovázejí proces svařování. A existuje pro to několik důvodů:

• Nerovnoměrné zahřívání součásti ve svařování a přilehlých zónách.

Roztažnost zahřátého kovu je vyšší a napětí se koncentruje mezi vrstvami součásti, kde je teplotní rozdíl. Můžete vysledovat vztah: čím větší je stupeň ohřevu a koeficient roztažnosti, tím vyšší je pravděpodobnost, že bude narušena geometrie konstrukce.

Když tekutý kov tuhne, jeho objem se zmenšuje. Pro doplnění se v elektrodě používá výplňový materiál. Proces svařování zahrnuje natahování sousedních oblastí součásti, čímž se vytváří napětí, které je směrováno podél a přes šev. Podélný náraz mění délku spoje a příčný náraz způsobuje vznik úhlové deformace.

• Strukturální změny.

Při práci s vysokouhlíkovou a legovanou ocelí jsou švy a teplem ovlivněné oblasti křehčí. Práce s takovými kovy proto vyžaduje dodržování pravidel: předehřátí povrchu dílů na vysoké teploty, použití speciálních elektrod atd. Kovy s obsahem uhlíku pod 2,14 % jsou méně náchylné k namáhání.

Druhou skupinu důvodů, které vedou ke vzniku deformace a tahu, lze kontrolovat a vyhnout se jí. Jde například o špatný výběr a použití elektrod a svařovacích režimů.

• Chyby vzniklé při přípravě dílu a další chyby v technologii práce.

Značný význam má nesprávná volba typu švů, nesprávná vzdálenost dílů, velké množství průsečíků spojů, případně jiné chyby při promýšlení a tvorbě návrhu.

Tepelná a strukturální napětí a deformace

Klasifikace je rozsáhlá. Například na základě důvodu vzniku jsou napětí a deformace tepelné povahy – vznikají při zahřívání nebo ochlazování kovu nebo strukturální, což se vysvětluje restrukturalizací krystalové mřížky. Při práci s vysokolegovanou ocelí je lze kombinovat.

Deformace, ke které dochází během procesu svařování, se nazývá obecná. Postižení jedné oblasti se změnou velikosti a tvaru konkrétní části – lokalizované.

Dochází také k přechodným deformacím svařování, které se objevují během procesu spojování dílů a po ochlazení se obnoví geometrické parametry. Pokud deformace po ochlazení zůstane, pak se nazývá zbytková.

Jak testovat svary a vypočítat deformace kovu při svařování

Všechny kritické spoje procházejí procedurou pro zajištění spolehlivosti spojení – tato událost se provádí na kritických spojích. Kontrola je zaměřena na odhalování závad k odstranění závad, které se při práci tvoří.

Lze rozlišit několik typů ovládání:

• Destruktivní – provádí se v průmyslových podnicích, čímž se ověřují fyzikální vlastnosti švu.
• Nedestruktivní je vnější kontrola švu, ultrazvuková a magnetická detekce vad. Lze použít kapilární metodu, ale i testování propustnosti atp.

Při práci je třeba počítat s tím, že existuje možnost namáhání a deformace. Důvodem je, že se mění tvar, velikost, geometrie švu a detaily, což vede ke snížení pevnosti švu a tepelně ovlivněného prostoru. A to zase vede ke ztrátě výkonu součásti. Proto je v samotném procesu svařování nutné provést výpočty a zohlednit tyto koeficienty. Chcete-li získat vysoce kvalitní výsledek, musíte naplánovat sled akcí tak, aby v důsledku toho byla konstrukce ovlivněna minimálním napětím a nebyly vůbec žádné vady.

Jak se vyhnout stresu a zátěži

Zde jsou tipy, jak se vyhnout stresu při práci:

• Při navrhování součásti proveďte výpočet deformace, abyste získali správný průřez svarových švů a přídavky na smrštění.
• Před zahájením svařování je důležité zkontrolovat, zda existují odchylky v mezerách ve spojích od vypočtených – vzdálenost by měla být stejná po celé délce švu (pokud neexistují zvláštní požadavky).
• Švy by neměly být umístěny v oblastech koncentrovaného napětí.

Pravidla pro předcházení napětí

Před zahájením práce musíte vytvořit další oblasti fixace – cvočky. Při zahájení práce tak budou díly bezpečně upevněny a bude možné kompenzovat deformaci.

Pokud musíte svařovat objemné díly a šev bude delší než metr, musíte jej rozdělit na segmenty dlouhé až 15 cm a svařit jednokrokovou metodou.

Teplotu svařovací zóny je možné snížit umístěním speciálních těsnění z mědi nebo grafitu pod spoje. Existují další doporučení:

• Pokud je to možné, zmenšete velikost švů.
• Spojení by měla být provedena s co nejmenším počtem průchodů.
• Pokud mají být stehy umístěny na obou stranách, umístěte je střídavě na každou stranu.
• Před zahájením práce ohněte okraje obrobků v opačném směru, než je deformace.
• V závislosti na produktu se nedoporučuje používat velké množství podložek pod hrnce.

Jak odstranit napětí

K odstranění pnutí se používá žíhání a obrábění. První metoda se používá, když je nutné zajistit vysokou přesnost. Žíhání se provádí podle následujícího schématu: ohřev – držení – chlazení.

K mechanickému odlehčení napětí se používá kování, válcování, vibrace a další metody k vytvoření zátěže s opačným znaménkem.

Pro kování za tepla a za studena potřebujete pneumatické kladivo. A u vibrační metody je frekvence oscilace nastavena v rozmezí 120 Hz.

Volba metody závisí na velikosti, tvaru dílů a také na složitosti jeho provedení.

Deformace svařování a jejich eliminace

Lze je eliminovat tepelným, lokálním a celkovým ohřevem, studenými metodami a jejich kombinací. Lokální ohřev je založen na spalování kovu při jeho ochlazování. Pro nápravu defektů se plocha zahřívá hořákem nebo svařovacím obloukem. Po ochlazení se ochlazená a natažená oblast vrátí do normálu.

Jakýkoli typ deformace lze tepelně korigovat, ale při práci s tenkými kovy je třeba vzít v úvahu jejich vlastnosti:

• Na tenkých plátech se teplo rychle šíří po celé ploše.
• Teplota ohřevu tenkostěnného kovu by neměla překročit 600–650 °C, jinak hrozí vážné deformace.
• Při mechanickém rovnání jsou natažená místa korigována zatížením, které by mělo působit v opačném směru. Lze je korigovat pomocí ohýbání, válcování, natahování a dalších metod.
• Metody pro zmírnění napětí a minimalizaci deformací jsou vybírány na základě velikosti a tvaru dílů a také složitosti návrhu. Zároveň je ale nutné vzít v úvahu efektivitu a proveditelnost metody z hlediska úsilí a nákladů.

Namáhání při svařování a deformaci kovů se nelze vyhnout. Zkušení svářeči nastavují tento parametr před zahájením práce. Pochopení povahy a charakteristických rysů vám pomůže naučit se, jak je správně spravovat, a také minimalizovat možné následky. Ale i když se objeví, je možné situaci napravit – na to existuje několik metod.