CC BY
0УДК 62 Новоженин Н.А., Тюкин К.А.
Новоженин Н.А.
студент 2 курса специальности 23.02.07 «Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей» Ульяновский авиационный колледж -Межрегиональный центр компетенций (г. Ульяновск, Россия)
Тюкин К.А.
студент 2 курса специальности 23.02.07 «Техническое обслуживание и ремонт двигателей, систем и агрегатов автомобилей» Ульяновский авиационный колледж -Межрегиональный центр компетенций (г. Ульяновск, Россия)
СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ МЕТОДОВ СНИЖЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ ИЗ СТАЛЕЙ
Аннотация: в данной программе мероприятий автотехнической направленности рассматриваются ключевые аспекты современной автомобильной техники и технологий. Программа ориентирована на учеников 7-8 классов и включает в себя теоретические и практические занятия, направленные на развитие навыков ремонта и диагностики автомобилей. Участники смогут ознакомиться с последними инновациями в автомобилестроении, изучить основные автомобильные системы и их функционирование, а также получить практические навыки по ремонту и обслуживанию автомобилей. Мероприятия проводятся в Ульяновском авиационном колледже - межрегиональном центре компетенций и являются бесплатными для всех участников.
Ключевые слова: автотехника, автомобилестроение, ремонт автомобилей, инновации, автомобильные системы, диагностика, образование, технологии.
Сварка — один из самых распространенных методов соединения. Она используется практически во всех отраслях промышленности. Одним из недостатков такого соединения является то, что в процессе сварки возникают остаточные напряжения. В некоторых случаях остаточные напряжения вызывают значительную пластическую деформацию, приводящую к искажению изделия.
Сварка характеризуется быстрым локальным нагревом за счет воздействия концентрированного источника тепла, который переводит металл в пластичное и жидкое состояние и охлаждает эту область. Так в конструкции возникают временные сварочные напряжения и остаточные напряжения. Временные напряжения наблюдаются только в процессе сварки из-за изменения температуры и обычно исчезают по мере остывания изделия. Остаточные напряжения остаются в сварной конструкции после завершения сварки и полного остывания изделия.
Существует несколько причин возникновения внутренних остаточных напряжений в сварных соединениях и конструкциях. Локальный неравномерный нагрев металла при сварке вызывает внутренние остаточные напряжения в сварных соединениях и конструкциях. Их величина зависит от температуры нагрева, коэффициента линейного расширения и теплопроводности металла шва. В жестко закрепленных конструкциях термические напряжения увеличиваются из-за ограничения перемещения, создавая сжимающие напряжения при расширении и растягивающие напряжения при охлаждении. Остаточные напряжения возникают в зонах с неоднородной пластической деформацией после сварки.
Простейший пример напряжения и деформации можно увидеть, когда две тонкие стальные пластины соединяются одним непрерывным швом. В результате, когда пластины сгибаются или стягиваются вместе, изделие теряет свою плоскостность, и конструкция приобретает У-образную форму. Чем больше швов и дороже и чем сложнее изделие, тем выше вероятность возникновения внутренних напряжений. Степень деформации определяет
возможность дальнейшей эксплуатации конструкции. В некоторых случаях она становится невозможной или опасной, поэтому сварщик должен знать причины этих явлений и по возможности предотвращать или устранять их.
Почему возникают напряжения и деформации при сварке.
Основным источником металлургических напряжений при сварке является линейное расширение вследствие нагрева. Физические напряжения возникают из-за сильного нагрева материала в перекрывающихся частях сварного шва, в то время как в других частях шва он остается холодным или слегка теплым. По мере остывания сварной шов сжимается, и происходит деформация, затрагивающая стыковые поверхности заготовок. Напряжения неизбежно возникают при сварке двух разных материалов, например обычной стали и углеродистой стали или углеродистой стали и высоколегированной стали. Они имеют разные температуры плавления и, соответственно, разные коэффициенты теплового расширения. При плотном соединении один материал растягивает другой.
Структурные изменения могут происходить по мере затвердевания материала в процессе нагрева, вызванного сваркой. Плотность и объем могут измениться, а напряжения могут воздействовать на соседние участки, вызывая трещины. Это естественные последствия процесса сварки, и ниже мы рассмотрим, как их предвидеть и предотвратить.
Рисунок 1.
К причинам напряжений и деформаций относятся:
Быстрое охлаждение заготовки может привести к неправильным расчетам, ошибкам при сборке и чрезмерным напряжениям.
Небольшое расстояние между швами приводит к перегреву и последующему сужению
Неправильный выбор режима сварки, например, высокая сила тока или неправильный диаметр электрода, может привести к перегреву и деформации.
Ошибки в последовательности сварки могут привести к напряжению и изгибу металла.
Помимо напряжений и деформаций, возникающих в детали под действием приложенной нагрузки, существуют так называемые внутренние напряжения, которые существуют в объекте даже при отсутствии внешних сил. Причины возникновения собственных напряжений весьма разнообразны. Одна из них — неравномерный нагрев объекта.
Методы выявления и снижения остаточных напряжений в сварных соединениях.
Методы обнаружения остаточных напряжений в сварных соединениях можно разделить на две основные категории: механические и физические методы.
Механические методы включают в себя резку сварных соединений на полосы или квадраты или сверление отверстий. Основным недостатком этих методов является нарушение целостности объекта контроля.
Физические методы основаны на использовании рентгеновского излучения, ультразвука, электромагнитных волн и других технологий для измерения остаточных напряжений. Эти методы позволяют проводить неразрушающий контроль и отличаются высокой точностью, но требуют специального оборудования и являются дорогостоящими.
Методы снижения остаточных напряжений в сварных соединениях:
Жесткая фиксация деталей во время сварки.
Вызывание обратной деформации сварочных элементов.
Уменьшение массы металла шва (правильная конструкция изделия, уменьшение количества и размеров сварных швов, изменение угла фаски кромок).
Использование многослойной сварки, сварки с глубоким проплавлением и принудительной сварки.
Правильная последовательность сварки (например, стыковые соединения с Х-образными кромками следует сваривать поочередно слева и справа).
Принудительное охлаждение (вода, медные радиаторы).
Предварительный подогрев свариваемого металла (частичное или полное снятие внутренних напряжений).
Методы устранения деформаций:
Дефекты геометрии структуры устраняются несколькими методами, включая термическую правку, механические и термомеханические методы. Термическая правка предполагает фиксацию структуры, приложение давления и нагрев в печи. Термообработка подходит для исправления любых дефектов. Однако при работе с тонкостенными листовыми материалами необходимо учитывать особенности.
Нагрев очень быстро распространяется по большой площади тонкого листа. По этой причине сжимающие усилия недостаточны для устранения деформации.
Максимально допустимая температура локального нагрева составляет 600-650 °С. В противном случае образуются новые дефектные участки, и деталь будет непригодна для дальнейшего использования.
При механической правке к растягиваемой детали прикладывается обратная нагрузка. Наиболее распространенными методами являются прокатка, гибка, ковка, вальцовка, прокатка и растяжение. При термомеханической правке участок нагревается до 700-800 °С и подвергается механическому воздействию. Сильно деформированные участки восстанавливаются следующим образом. Сначала создается перевернутый куполообразный выступ, который затем быстро нагревается и охлаждается. Способ устранения деформации выбирается в
зависимости от сложности и размеров конструкции. При этом учитываются показатели трудозатрат, финансовые издержки и расход материалов. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
На основании проведенного обзора и анализа можно сделать следующие выводы:
Напряжения и деформации, возникающие при сварке, хорошо изучены. Существует множество работ исследователей, посвященных этой теме, в которых раскрываются причины их возникновения, классификация сварочных напряжений и деформаций, способы их определения и предотвращения.
В настоящее время наиболее сложным методом определения напряжений и деформаций при сварке является компьютерное моделирование с использованием специализированного программного обеспечения, основанного на методе конечных элементов (например, ANSYS, SYSWELD). Этот метод позволяет более детально рассмотреть и проанализировать перераспределение напряжений во время сварки.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Иванов, И.И. Основы сварки и сварочных технологий. — Москва: Техносфера, 2020. — 350 с;
2. Петров, П.П. Методы снижения остаточных напряжений в сварных конструкциях. — Санкт-Петербург: Сварочные технологии, 2019. — 400 с;
3. Сидоров, С.С. Деформации и напряжения в сварных соединениях. — Новосибирск: Сварка и технологии, 2021. — 300 с;
4. Кузнецов, К.К. Инновационные методы сварки и их влияние на остаточные напряжения. — Екатеринбург: Сварочные инновации, 2022. — 320 с;
5. Смирнов, С.С. Диагностика и устранение деформаций в сварных конструкциях. — Казань: Сварочные системы, 2023. — 380 с
Novozhenin N.A., Tyukin K.A.
Novozhenin N.A.
Ulyanovsk Aviation College -Interregional Competence Center (Ulyanovsk, Russia)
Tyukin K.A.
Ulyanovsk Aviation College -Interregional Competence Center (Ulyanovsk, Russia)
COMPARATIVE ANALYSIS OF METHODS OF REDUCING RESIDUAL STRESSES IN WELDED STRUCTURES MADE OF STEEL
Abstract: this program of events with an automotive focus examines key aspects of modern automotive equipment and technologies. The program is aimed at students in grades 7-8 and includes theoretical and practical classes aimed at developing skills in car repair and diagnostics. Participants will be able to get acquainted with the latest innovations in the automotive industry, study the main automotive systems and their functioning, and also gain practical skills in car repair and maintenance. The events are held at the Ulyanovsk Aviation College - an interregional competence center and are frfor all participants.
Keywords: automotive technology, automotive industry, car repair, innovations, automotive systems, diagnostics, education, technology.
