Рациональное конструирование сварных узлов. Рабочие чертежи сварных конструкций следует разрабатывать с учетом мероприятий по уменьшению сварочных напряжений и деформаций. Для этого сварные соединения конструируют таким образом, чтобы объем наплавленного металла был минимальным. Например, при толщине металла более 12 мм следует применять Х- и К-образную подготовку кромок. С этой же целью заменяют прерывистые соединения на сплошные швы меньшего сечения. Выполняют стыковые швы при минимальном угле раскрытия кромок и минимальном зазоре. Избегают резких переходов сечений, а также применяют преимущественно стыковые соединения и не допускают концентрации и пересечений сварных швов.
Технология сборки и сварки. Порядок сборки под сварку, способ сварки, режимы сварки и последовательность наложения шва по его длине и сечению оказывают значительное влияние на величину деформаций и напряжений при сварке. Чтобы уменьшить остаточные деформации и напряжения конструкций и изделий при сборке, по возможности не допускают скрепления узлов и деталей прихватками, которые создают жесткое крепление. Для обеспечения подвижного состояния закрепленных деталей используют клиновые, центровочные и другие сборочные приспособления.
Росту деформаций способствует, как правило, увеличение сечения шва.
Величина остаточных деформаций и напряжений зависит от порядка наложения швов по длине и сечению, поэтому при сварке листовых конструкций вначале выполняют поперечные швы отдельных поясов, а затем соединяют пояса между собой.
Уравновешивание деформаций. Сущность этого способа заключается в том, что устанавливают определенную последовательность наложения швов, при которой деформации от предыдущих швов снижаются при выполнении последующих швов. Этот способ широко применяют при сварке стержневых конструкций или деталей симметричного сечения.
Обратные деформации. Перед сваркой конструкции или элемента для уменьшения остаточной деформации искусственно создают деформацию, обратную по знаку по отношению к той, которая может возникнуть при сварке. На рис. 84 показаны некоторые примеры использования обратной деформации.


Жесткое закрепление (рис. 85). Закрепление обеспечивает уменьшение сварочных деформаций по сравнению со сваркой в незакрепленном состоянии, если зона нагрева до температур выше 600°С не превышает 0,15 общей ширины свариваемого элемента. Если зона нагрева будет более 0,15 ширины листа, то жесткое закрепление не уменьшает деформаций, а, наоборот, может увеличить их по сравнению со сваркой в свободном состоянии.


Проковка швов и околошовной зоны. Проковка способствует снижению напряжений и деформаций, при выполнении проковки необходимо соблюдать следующие условия:
при многослойной сварке проковку выполнять послойно, а первый и последний слои не проковывать;
проковку следует выполнять на участке шва длиной 150-200 мм сразу же после сварки или после подогрева его до 150-200°С;
при сварке металла толщиной более 16 мм необходимо проковывать и металл околошовной зоны.
Общий отжиг сварного изделия. Отжиг применяется для сталей, имеющих склонность к образованию закаленных зон вблизи сварного шва (особенно при большой толщине свариваемого металла), и для конструкций, работающих при знакопеременных нагрузках.
Механическая правка конструкций после сварки. Правку выполняют приложением ударной или статической нагрузки при холодном или нагретом состоянии металла.
Термическая правка конструкций и изделий после сварки. Правка выполняется наплавкой валиков с обратной стороны шва или местным нагревом, осуществляемым в особом для каждой конструкции порядке. Для получения сварных конструкций заданных проектных размеров необходимо давать припуски на усадку сварных швов. На один поперечный стыковой шов проката или листа толщиной 8-16 мм припуск должен составлять около 1 мм.
Деформации и напряжения при сварке сталей, чугуна и цветных металлов. При выборке метода уменьшения деформаций и напряжений, возникающих в процессе сварки, необходимо учитывать марку свариваемого металла.
При сварке пластин из углеродистой стали зазор можно делать меньше, чем при сварке медных пластин. При сварке медных пластин вследствие большого линейного и объемного расширения меди при маленьком зазоре в конце сварки пластины будут накладываться одна на другую. Если же их до начала сварки жестко закрепить, то в этом случае возникнут значительные остаточные напряжения и деформации.
При сварке пластин из легированной стали вследствие изменения объема металла при изменении структуры могут возникать силы сжатия, если увеличивается объем или силы растяжения при уменьшении объема. Поэтому при сварке легированных сталей необходимо стремиться к уменьшению объема наплавленного металла и выполнять сварочные работы таким образом, чтобы было меньше закрепленных частей свариваемой конструкции. Свобода частей свариваемой конструкции уменьшит возникновение внутренних напряжений.
При сварке чугуна деформаций не возникает, так как при образовании значительных внутренних напряжений образуются трещины.
Для уменьшения деформаций и внутренних напряжений при сварке цветных металлов, имеющих значительный коэффициент линейного и объемного расширения, необходимо увеличивать зазор между свариваемыми кромками и уменьшать объем наплавленного металла, а также требуется жесткое закрепление свариваемых деталей.


1. Какие методы уменьшения (предупреждения) сварочных напряжений и деформаций существуют?
2. В чем особенности жесткого закрепления деталей при сварке?