Почему полосу после сварки ведет саблей, а стык листов складывается галочкой? Свари полосу и смотри, как она коробится при остывании, меняй порядок швов, обратный выгиб и закрепление, а потом сними напряжения отпуском.
Металл у дуги нагревается до тысячи градусов и хочет расшириться, но холодный металл вокруг не пускает. Горячий и мягкий, он сминается. Потом остывает и становится короче, чем был. Холодные соседи теперь не дают ему сжаться: у шва остается растяжение почти до предела текучести, а подальше от шва сжатие. Если шов лежит не посередине детали, она выгибается. Если с одной стороны листа шов шире, лист ломается по шву на угол. Сварщики борются с этим порядком швов, обратным выгибом и закреплением, а напряжения снимают отпуском.
Остывший шов работает как натянутая струна, вплавленная в деталь. Если знать силу этой струны и где она лежит, можно оценить и прогиб, и напряжения. Числа берутся из опыта.
С какой силой шов стягивает деталь?
Чем больше тепла вложено в каждый миллиметр шва, тем шире полоса смятого металла и тем сильнее она тянет. Коэффициент получен из опытов со сталью.
Насколько выгнется полоса?
Сила усадки, приложенная не по оси, изгибает полосу моментом F·e. Дальше как в балке: прогиб растет с квадратом длины и падает с жесткостью.
Какая полоса у шва растянута?
У шва металл растянут до предела текучести. Сила этой растянутой полосы равна силе усадки, отсюда ее ширина. Сжатие за ней уравновешивает растяжение.
Представь три стальных стержня, концы которых приварены к двум жестким плитам. Средний стержень греем, крайние холодные. Средний хочет удлиниться, но крайние не дают: он сжат, а они растянуты. При 600 °C сталь мягкая, и средний стержень, не выдержав сжатия, сминается: становится толще и короче.
Теперь он остывает. Остыв, он оказался бы короче крайних, но они держат его за концы. Получается наоборот: средний растянут, крайние сжаты. Нагрузки нет, а напряжения есть.
Шов и есть средний стержень, а холодный лист вокруг него крайние. Поэтому у шва остается растяжение. Отпуск при 600–650 °C делает металл снова мягким: растянутый шов слегка вытягивается, и напряжения падают в несколько раз. Держат около часа на каждые 25 мм толщины и остужают медленно, вместе с печью.
Длинную трещину заваривают обратноступенчатым швом короткими участками, иначе раму поведет и мосты встанут криво. Перед ремонтом снимают замеры диагоналей и проверяют их после.
Износостойкие листы на днище приваривают прерывистым швом вразбежку, а не сплошным: так днище кузова меньше коробится и не появляются волны.
Коробчатые балки варят симметрично, двумя сварщиками одновременно с двух сторон, и в стенде. После этого контролируют прямолинейность по струне.
Наплавка возле проушины тянет отверстие в овал. Поэтому сначала наплавляют, потом растачивают отверстие под палец в размер.
Если деталь все же повело, ее правят прессом или местным нагревом горелкой: нагретое пятно при остывании стягивает металл, как маленький шов.
Толстые узлы ковшей, ступицы и корпуса после большой наплавки отпускают в печи. Без этого остаточные напряжения складываются с рабочими, и трещины появляются раньше.
Усадочная сила считается по опытной оценке F ≈ 0,2·q для стали, без учета толщины и числа проходов. Изгиб полосы посчитан как изгиб упругой балки постоянным моментом F·e по всей длине; полоса свободна. Угловая деформация стыка взята по условной кривой от q/s² с максимумом около 3,5° при q/s² ≈ 3 Дж/мм³, реальные значения зависят от разделки и числа проходов. Влияние порядка швов и закрепления задано постоянными коэффициентами: обратноступенчатый уменьшает изгиб на 30 %, симметричный в 6–7 раз, закрепление в 2,5 раза. Профиль остаточных напряжений построен по формуле Масубучи с вершиной на пределе текучести, после отпуска 20 % от него. Анимация нагрева условная по времени.