Kā novērst metināšanas deformāciju?

Metināšanas deformācija ir sagataves formas un izmēra izmaiņas, ko izraisa nevienmērīga karsēšana un dzesēšana metināšanas procesa laikā. Tas ne tikai ietekmē izstrādājuma izskata kvalitāti un izmēru precizitāti, bet arī var izraisīt konstrukcijas stiprības samazināšanos, montāžas grūtības un pat priekšlaicīgu bojājumu. Aviācijas un kosmosa rūpniecībā, kuģu būvē, spiedtvertnēs un precīzijas iekārtās metināšanas deformācijas kontrole ir būtisks solis, lai sasniegtu konstrukcijas funkcionalitāti un nodrošinātu konstrukcijas drošību.

I. Veidošanās mehānisms un galvenie metināšanas deformācijas veidi

Metināšanas deformācija būtībā ir termo{0}}elastīga-plastiska darbība. Metināšanas laikā lokālas augstas temperatūras izraisa materiāla izplešanos, bet to ierobežo apkārtējais aukstais metāls, kā rezultātā rodas spiedes plastmasas deformācija. Atdzesēšanas laikā saraušanās šajā zonā tiek kavēta, izraisot atlikušo spriegumu un deformāciju. Pamatojoties uz deformācijas formu, to var iedalīt šādās kategorijās:

1. Gareniskā saraušanās un lieces deformācija: saraušanās metināšanas virzienā izraisa sagataves saīsināšanu vai saliekšanos gareniski, ko parasti novēro garās taisnās šuvēs.

2. Šķērsvirziena saraušanās deformācija: saraušanās, kas ir perpendikulāra metinājuma virzienam, ietekmē sagataves platumu un caurumu atstatuma precizitāti.

3. Leņķiskā deformācija: nevienmērīga saraušanās, ko izraisa temperatūras gradienti visā plāksnes biezumā, izraisot plāksnes griešanos ap metinājuma asi, ko parasti novēro V-rievas sadurmetinātās šuvēs.

4. Viļņota deformācija (nestabilitātes deformācija): izliekšanās, ko izraisa saspiešanas spriegums, kas pārsniedz kritisko vērtību plānās plākšņu konstrukcijās ar viļņainu viļņojumu.

5. Vērpes deformācija: telpiskā vērpes, ko izraisa asimetrisks metinājuma izvietojums vai metināšanas secība.

Izpratne par šiem deformācijas veidiem ir būtiska, lai izstrādātu kontroles stratēģijas. Pētījumi liecina, ka metināšanas deformācijas ietekmējošos faktorus var apkopot kā trīsdimensiju savienotu "siltuma ievades-strukturālo ierobežojumu-materiālu reakcijas sistēmu", kas nodrošina teorētisku ietvaru sistemātiskai kontrolei.

II. Priekš-kontroles stratēģijas izstrādes fāzē

Metināšanas deformācijas novēršana jāsāk jau projektēšanas stadijā, līdz minimumam samazinot deformācijas virzošos spēkus, optimizējot konstrukcijas un savienojumu formas.

1. Metināšanas šuvju izmēra un formas racionāla izvēle

Metinājuma izmērs ir aptuveni proporcionāls deformācijas lielumam. Lai gan atbilst izturības prasībām, pēc iespējas jāizmanto mazāki metināto kāju izmēri un slīpuma leņķi. Metinātajām šuvēm, izmantojot dziļo iespiešanās metināšanu vai slīpās šuves, var samazināt metinājuma šķērsgriezuma laukumu; sadursavienojumiem abpusējās -V-rievas vairāk veicina simetrisku sasilšanu un samazina leņķiskās deformācijas nekā vienpusējas -V-rievas. Pēdējos gados augstas-efektivitātes metināšanas metodes, piemēram, lāzera-MAG hibrīdmetināšana, ir kļuvušas populāras to zemās siltuma padeves dēļ.

2. Optimizējiet strukturālo izkārtojumu un metināšanas šuvju sadalījumu

Simetrisks metināšanas izkārtojums var kompensēt saraušanās spēkus. Asimetriskām konstrukcijām virtuālo simetriju var noteikt, pievienojot procesa ribiņas vai izmantojot līdzsvarotās metināšanas metodi (iepriekš uzklājot procesa metināšanas šuves uz -nemetinātās puses). Izvairieties no pārmērīgas metināšanas koncentrācijas; pakāpeniskas periodiskas metināšanas šuves var izkliedēt siltuma -ietekmēto zonu. Piemēram, lielu kastes siju ražošanā, simetriski izkārtojot četras garenvirziena šuves un izmantojot metināšanas secību no centra uz abiem galiem, var efektīvi kontrolēt vērpes deformāciju.

3. Atlasiet Zemas-deformācijas materiāli un atbilstošie metināšanas palīgmateriāli

Materiāliem ar zemu siltuma izplešanās koeficientu un labu siltumvadītspēju ir mazāka metināšanas deformācija. Alumīnija sakausējumu deformācijas kontrole ir grūtāka nekā tēraudam, jo ​​tiem ir augsta siltumvadītspēja. Izmantojot augstas -izturības materiālus, var samazināt metinājuma izmēru; Izmantojot zemas -ražības-izturības metināšanas materiālus, plastiskas deformācijas rezultātā var tikt atbrīvots zināms spriegums. Jaunākie pētījumi liecina, ka metināšanas materiālu fāzes transformācijas temperatūras kontrole un fāzes transformācijas izplešanās izmantošana, lai kompensētu dzesēšanas kontrakciju, ir jauna pieeja aktīvai deformācijas kontrolei.

III. Izsmalcināta metināšanas procesu vadība

Procesa ieviešanas posms ir galvenais deformācijas kontroles kaujas lauks, kurā nepieciešama precīza siltuma ievades kontrole, ierobežošanas apstākļi un metināšanas secība.

1. Metināšanas metožu un parametru optimizācija

Dažādām metināšanas metodēm ir ievērojami atšķirīga termiskā efektivitāte: lielas-enerģijas staru metināšanas metodēm, piemēram, lāzermetināšanai un metināšanai ar elektronu staru, ir koncentrēta siltuma padeve, kā rezultātā deformācija ir aptuveni par 30%-50% mazāka nekā loka metināšanai. Tradicionālajā loka metināšanā zemas -siltuma padeves režīmi, piemēram, impulsa tehnoloģija un aukstā metāla pārnese (CMT), var efektīvi novērst deformāciju. Attiecībā uz parametru optimizāciju, pēc iespējas vairāk jāizmanto zema strāva un liels metināšanas ātrums, vienlaikus nodrošinot iespiešanās dziļumu. Pētījumi liecina, ka, samazinot lineāro enerģiju (siltuma padeves attiecību pret metināšanas ātrumu) par 20%, leņķisko deformāciju var samazināt par vairāk nekā 35%.

2. Metināšanas secības un virziena zinātniskā plānošana

Metināšanas secība tieši ietekmē sprieguma sadalījumu. Pamatprincipi ietver: metināšanu simetriski no konstrukcijas centra uz āru; vispirms metināšana ar lielu saraušanos; un izmantojot segmentētas atpakaļ-metināšanas vai izlaist{2}}metināšanas metodes gariem metinājumiem, lai diskretizētu nepārtraukto siltuma avotu. Lielām rāmja konstrukcijām tiek izmantota divu-pakāpju "integrālā{5}" secība: vispirms tiek pabeigta detaļu metināšana un formēšana, kam seko galīgā montāžas metināšana, kas ļauj izvairīties no kļūdu uzkrāšanās. Digitālās metināšanas secības simulācijas tehnoloģija var paredzēt deformāciju dažādās secībās, vadot procesa attīstību.

3. Instrumentu stiprinājumu un piespiedu dzesēšanas pielietošana

Saprātīgai stiprinājuma konstrukcijai ir jāsabalansē "pietiekama ierobežošana" un "brīva kontrakcija": pielietojot stingru fiksāciju kritiskajiem izmēriem, vienlaikus pieļaujot elastīgu pārvietošanos citās vietās. Hidrauliski vai pneimatiski regulējami ķermeņi var dinamiski pielāgot ierobežojošo spēku atbilstoši metināšanas stadijai. Iepriekšēja -reversās deformācijas iestatīšana ir viena no efektīvākajām aktīvajām vadības metodēm. Reversās deformācijas lielums ir iepriekš noteikts, izmantojot teorētiskos aprēķinus vai empīriskus datus; parasti izmantotais apgrieztās deformācijas apjoms ir aptuveni 1,5-2 reizes lielāks par paredzamo deformāciju. Vietējā dzesēšana (piemēram, izmantojot vara spilventiņus vai smidzināšanas dzesēšanu) var paātrināt siltuma izkliedi un samazināt siltuma ietekmētās zonas platumu, taču ir jārūpējas, lai novērstu sacietēšanas plaisas.

IV. Pēc-metināšanas iztaisnošanas un atlikušā sprieguma kontrole

Pat veicot profilaktiskus pasākumus, nelielas deformācijas ir grūti izvairīties, un tās ir jākoriģē, izmantojot pēc-metināšanas apstrādi.

1. Mehāniskā iztaisnošana un termiskā iztaisnošana

Mehāniskā iztaisnošana parasti izmanto trīspunktu lieces, velmēšanas vai stiepšanas metodes, kas piemērotas materiāliem ar labu plastiskumu. Termiskā iztaisnošana (liesmas iztaisnošana) rada apgrieztu saraušanās spriegumu, izmantojot lokālu karsēšanu, īpaši piemērota lielu konstrukciju apdarei uz vietas; tomēr sildīšanas temperatūra jākontrolē zem fāzes transformācijas punkta, lai izvairītos no mikrostruktūras pasliktināšanās. Ultraskaņas trieciena tehnoloģija, kas izstrādāta pēdējos gados, samazina atlikušo spriegumu, izmantojot augstas-frekvences vibrācijas, parādot ievērojamu efektivitāti, novēršot deformācijas plānās plāksnēs.

2. Termiskā apstrāde stresa mazināšanai

Pilnīga vai daļēja atkausēšana (550-650 grādi) var samazināt atlikušo spriegumu par 70%-80%. Vibrācijas novecošanas tehnoloģija homogenizē mikroskopiskas plastiskas deformācijas, izmantojot rezonansi, ir energoefektīva un novērš oksidācijas problēmas, un to plaši izmanto lieti metinātās konstrukcijās. Ir vērts atzīmēt, ka stresa mazināšanas ārstēšana var radīt jaunas deformācijas, kurām nepieciešams atbilstošs atbalsts.

V. Uzlaboto tehnoloģiju un speciālo materiālu deformācijas kontrole

1. Skaitliskā simulācija un inteliģentā vadība

Filmas deformācijas simulācija, kuras pamatā ir galīgo elementu metode, ir attīstījusies no termo-elastīgās-plastiskās analīzes līdz daudz-fizikas simulācijai, kas ietver savienoto fāžu transformāciju un šķidruma-struktūras mijiedarbību, sasniedzot prognozēšanas precizitāti vairāk nekā 85%. Apvienojumā ar mākslīgo intelektu var izveidot "metināšanas parametru{6}}deformācijas" kartēšanas modeli, kas ļauj pielāgot parametrus. Tiešsaistes uzraudzības sistēmas mēra deformāciju reāllaikā, izmantojot vizuālus sensorus vai lāzerskenēšanu, sniedzot atgriezenisko saiti, lai vadītu metināšanas robotu un veidotu slēgta{8} cilpa regulējumu.

2. Darbs ar dažādiem materiāliem un īpašām konstrukcijām

Tērauda -alumīnija metināšanai no dažādiem materiāliem ir jāņem vērā saskarnes sprieguma koncentrācija, ko izraisa termofizikālo īpašību atšķirības. Izmantojot pārejas slāņus, gradienta metināšana vai starpslāņu pievienošana ar atbilstošiem izplešanās koeficientiem ir efektīvas metodes. Plānas -sienu precīzām konstrukcijām mikro-savienošanas tehnoloģijas (piemēram, mikro-staru plazmas metināšana) un cietvielu-metināšana (piemēram, berzes maisītāja metināšana) sniedz ievērojamas priekšrocības bez gandrīz nekādas deformācijas. Piemēram, berzes maisīšanas metināšanu izmanto kosmosa kuģu degvielas tvertnēm, samazinot deformāciju par lielumu, salīdzinot ar kausēšanas metināšanu.

VI. Sistēmu inženierija un visaptveroša vadība

Metināšanas deformācijas kontrole nav izolēts tehnisks aspekts, bet gan sistēmu inženierijas projekts, kas caurstrāvo visu procesu no projektēšanas, izgatavošanas līdz pārbaudei. Integrētas "prognozēšanas-prognozes-uzraudzības-korekcijas" pārvaldības sistēmas izveide ir ļoti svarīga: deformācijas prognozēšana un procesa pārskatīšana tiek veikta projektēšanas fāzē; ražošanas posmā tiek ievērota procesa disciplīna un reģistrēti parametri; ciparu mērīšanas metodes, piemēram, 3D skenēšana, tiek izmantotas, lai novērtētu deformāciju pārbaudes posmā; un ir izveidota zināšanu bāze, lai uzkrātu gadījumu datus un nepārtraukti optimizētu kontroles shēmas.

Metināšanas deformācijas kontrole nav izolēts tehnisks aspekts, bet gan sistēmu inženierijas projekts, kas caurstrāvo visu procesu no projektēšanas, izgatavošanas līdz pārbaudei. Integrētas "prognozēšanas-prognozes-uzraudzības-korekcijas" pārvaldības sistēmas izveide ir ļoti svarīga: deformācijas prognozēšana un procesa pārskatīšana tiek veikta projektēšanas fāzē; ražošanas posmā tiek ievērota procesa disciplīna un reģistrēti parametri; ciparu mērīšanas metodes, piemēram, 3D skenēšana, tiek izmantotas, lai novērtētu deformāciju pārbaudes posmā; un ir izveidota zināšanu bāze, lai uzkrātu gadījumu datus un nepārtraukti optimizētu kontroles shēmas.