Един от проблемите, които губят най-много време и пари в заваръчното производство, е загубата на размер и форма на детайла след заваряване. Детайли, изрязани с милиметрова точност и с изтърпени допуски при огъването, могат след заваряване да излязат извън толеранса. Явлението, известно като заваръчна деформация, не е неизбежна съдба — когато причината му е известна, то може до голяма степен да бъде контролирано. В тази статия разглеждаме физиката на дисторсията и методите за предотвратяване, които работят в практиката на място.

Защо се получава заваръчна деформация?

Деформацията има една основна причина: неравномерното разпределение на топлината. По време на заваряване тясна зона се загрява до температура на топене, докато материалът непосредствено до нея остава много по-студен. Загрятата зона иска да се разшири, но студеният материал наоколо не позволява това — това затруднено разширение води до пластична деформация в горещата зона.

При охлаждане се случва обратното. Заваръчната зона иска да се свие, но тъй като вече е деформирана пластично, не може да се върне към същия обем. В резултат в детайла се натрупва трайна промяна на формата, а вътре — остатъчно напрежение. С други думи, деформацията произтича не от самото заваряване, а от неконтролирания цикъл на нагряване-охлаждане.

Видове деформация

Дисторсията се проявява в различни форми, като методът за предотвратяване на всяка от тях е различен:

- Напречно скъсяване: детайлът се скъсява в посока, перпендикулярна на заваръчния шев
- Надлъжно скъсяване: дължината намалява по протежение на шева
- Ъглова деформация: при съединения с V-образен ъгъл листовете се затварят един към друг
- Огъване (изпъкналост): при дълги греди детайлът се извива заради заваряване далеч от неутралната ос
- Усукване: деформация под формата на въртене при тънки и дълги детайли
- Изкривяване (изпъкване): вълнообразност при тънки ламарини заради компресивно напрежение

Ъгловата деформация е най-често срещаната и причината ѝ е проста: в горната част на V-образния ъгъл има повече заваръчен метал, отколкото в долната, затова горната зона се свива повече и листовете се затварят.

Мерки, вземани на етапа на проектиране

Най-евтиното място за борба с деформацията е не заваръчната маса, а проектантската маса. Колкото по-малък е заваръчният шев, толкова по-малко топлина се внася и толкова по-малка е деформацията.

Основните точки, на които трябва да се обърне внимание при проектирането, са:

- Да не се определя ненужно голям размер на шева; изчисленото гърло на заваръчния шев е достатъчно
- Да се сведе до минимум броят на заваръчните шевове и общата дължина на заваряване
- Шевовете да се разполагат по възможност симетрично спрямо неутралната ос на детайла
- Вместо V-образен ъгъл, там където е подходящо, да се използва двустранен (X) ъгъл
- Да не се използва непрекъснат шев там, където прекъснат (интервален) шев е достатъчен

Особено правилото за симетрия е мощно: шевове, разпределени балансирано от двете страни на неутралната ос, до голяма степен неутрализират взаимно ефекта на свиване.

Точково заваряване и приспособления за фиксиране

Правилното точково заваряване на детайлите преди основното заваряване е гръбнакът на контрола на деформация. Точковите шевове трябва да бъдат с достатъчна честота и якост, за да задържат детайла в желаната геометрия. Слабите точки се скъсват по време на заваряване и детайлът се освобождава, движейки се неконтролируемо.

Приспособленията за фиксиране (фикстурите) от своя страна механично фиксират детайла, предотвратявайки движението му. Тук обаче има баланс: пълното предотвратяване на движението намалява деформацията, но увеличава остатъчното напрежение. Прекомерно твърдото фиксиране може да доведе до освобождаване на напрежението под формата на пукнатина. Затова фиксирането трябва да бъде достатъчно стегнато, за да задържи детайла, но не толкова стегнато, че да задържа напрежението.

Техника на обратно предварително огъване

Един от най-ефективните методи на опитните производители е обратното предварително огъване. При тази техника детайлът предварително се огъва в посока, точно противоположна на очакваната деформация, с изчислено количество, преди заваряването. Свиването, което възниква по време на заваряване, връща детайла от това предварително огъване към правилната геометрия.

Успехът на метода зависи от правилното прогнозиране на количеството предварително огъване; това обикновено се определя чрез производствен опит от подобни детайли. При серийно производство тази стойност се калибрира чрез измервания на първите детайли и след това се използва за всички следващи детайли.

Последователност на заваряване и управление на топлината

Редът, в който се изтеглят шевовете, пряко влияе на резултата. Изтеглянето на всички шевове от една и съща страна и в една и съща посока натрупва деформацията. Вместо това се използват следните техники:

- Заваряване „назад-стъпка“ (back-step): общото напредване е в една посока, но всеки пас се изтегля в обратна посока
- Скачащо заваряване: шевът се разделя на участъци и се завършва в разпръсната последователност
- Балансирано заваряване: след изтегляне на шев от едната страна на неутралната ос се преминава към другата страна
- Изчакване на охлаждане: контролира се температурата между пасовете, за да се предотврати натрупване на топлина

Общото правило е топлинният внос да се поддържа нисък. Вместо дебел единичен пас — тънки многопасови шевове, по-бързо напредване и избягване на ненужно люлеещо движение намаляват общата топлина. При високоякостни стомани трябва да се отбележи, че топлинният внос има и горна граница, което изисква отделна процедура.

Коригиране след заваряване

При детайли, които въпреки всички мерки излизат извън толеранса, може да се приложи коригиране. Механичното коригиране (с преса или чук) и коригирането с пламък са основните методи. При коригирането с пламък определени участъци на детайла се загряват контролирано, а свиването по време на охлаждане връща геометрията. Този метод обаче изисква експертиза; неправилно приложен пламък може трайно да наруши свойствата на материала. Коригирането винаги е последна мярка — истинската цел е детайлът да бъде произведен правилно от първия път.

Заваръчно производство с гарантирана размерна стабилност с DMK Makina

DMK Makina разглежда деформацията при проектите за заваръчно производство не като проблем, който се коригира след производството, а като инженерен параметър, който се управлява на етапа на проектиране. Последователността на заваряване се планира, приспособленията за фиксиране се изготвят проектно-специфично, а при критични детайли измерванията се документират. Сме до вас за размерна стабилност при вашите проекти за заваръчно производство в регионите Тракия и Мармара.