Конспект (часть 4) (Конспект лекций 4302), страница 3

Если то будет потеря устойчивости . Крупные лист

(рис. 8.22, б) теряют устойчивость, имея по периметру обычно де впадины и две выпуклости. Чем меньше отношение наружног радиуса листа к тем больше волн возникает в листе.

Плоские днища также теряют устойчивость под действие) радиальных напряжений сжатия (рис. 8.22, в). Жесткость кра:

цилиндрической оболочки в радиальном направлении, намного меньше, чем жесткость днища в его плоскости. Поэтому радиальные напряжения сжатия возникающие от усадочной

силы в угловом соединении, почти полностью воспринимаются днищем. Критические напряжения для круглой, заделанной по кон­туру, пластины

(8.32)

а в случае шарнирного опирания

(8.33)

Рассматриваемый случай является промежуточным, так как край оболочки, к которому приварено днище, нельзя считать жест­кой заделкой. Оценку устойчивости можно дать по коэффициенту, среднему между 1,49 и 0,425, т. е. близкому к 1.

Тонкие листы со стыковым соединением теряют

устойчивость и в процессе сварки. Для предотвращения этого их прижимают к подкладке, оставляя минимальное расстояние от зажимного клавиша до стыка, необходимое для прохода горелки и наблюдения (рис. 8.22, г).

Во многих случаях листовые элементы в сварных конструкциях все же теряют устойчивость. Если уровень выхода листов из пло­скости не выше допустимого, то к правке не прибегают. Для опре­деления перемещений при напряжениях выше критических необ­ходимо располагать зависимостями между ними при

Рассмотрим порядок решения задачи второго типа также на примере вертикальной стенки двутавра (рис. 8.23, а). Будем пола­гать, что пояса устойчивости не теряют. На графике (рис. 8.23. б) по горизонтальной оси отложено продольное укорочение балки по мере роста усадочных сил в поясных швах. Продольная дефор­мация В поясах будет линейно увеличиваться сила , где — площадь поперечного сечения обоих поясов. В стенке до потери устойчивости (точка А) сила

также будет расти линейно. Затем зависит нели­нейно от Сумма: должна составить это происходит в точке В. После, потери устойчивости в точке А

стенка будет искривляться (рис. 8.23, с), образуя волны с мак­симальным отклонением от оси которое также нелинейно зависит от и Если известны функции и то можно графически найти точку В, а затем и в этой точке. Листы со стыковым соединением представляют собой наименее жесткие элементы и легко теряют устойчивость. Искривление носит сложный характер (рис. 8.24, а) — имеется одинаковая кривизна по всей длине пластины и переменная в поперечном сечении 1—/.

Потеря устойчивости возникает у многих сварных конструкций: в обшивках кораблей, металлических вагонов, предметах бытовой техники. Устранение перемещений достигается, как правило, прав­кой.

Изменение размеров элементов конструкций с течением времени, при механической обработке и в эксплуатации

Размеры сварных конструкций при эксплуатации не должны выходить за пределы установленных допусков. Для малоответ­ственных узлов, не требующих дополнительной механической обра­ботки, требования точности и стабильности размеров достигаются достаточно легко. Размеры сварных конструкций в станках, дви­гателях должны быть более точными — такие конструкции после сварки подвергаются механической обработке. Наиболее высокие требования предъявляют к деталям и узлам прецизионных станков, мерительных инструментов, гироскопических приборов.

Остаточные напряжения после сварки часто близки к пределу текучести металла. Именно в зонах с таки вольное изменение напряжений весьма мало. Измерения, остаточ­ных напряжений с точностью до 10—20 МПа на протяжении даже нескольких лет не показали их существенных изменений. Однако установлено, что в процессе релаксации напряжений при комнат­ной температуре в сталях с содержанием углерода от 0,025 до 0,39 начальные напряжения с уровнем 100—200 МПа через несколько лет снизились на. .1,5—2,5 "' Такие изменения недопу­стимо снижают точность высокопрецизионных устройств. Изме­нение остаточных напряжений во времени может усиливаться от естественного колебания температуры окружающей среды. При более высоких температурах процессы релаксации интенси­фицируются. Возможно колебание уровня собственных напряже­ний из-за разных коэффициентов линейного расширения шва и основного металла в сварных соединениях, что также способствует усилению релаксации.

Структурная нестабильность является одной из основных и в ряде случаев существенных причин изменения размеров во вре­мени. Она образуется в металлах, характер структурных превра­щений в которых зависит от скорости остывания металла в про­цессе сварки. Аустенитные стали в процессе сварки не испытывают структурных превращений; низкоуглеродистые стали СтЗ, 20 и им подобные слабо реагируют на изменение скорости остывания и завершают структурные превращения при высоких темпера-

турах. В этих металлах структурная нестабильность не возникает. Среднеуглеродистые и низколегированные стали 35, 4X13, 25ХГС, ЗОХГСА, 12Х5МА и другие могут иметь в зоне структурных пре­вращений, нагревающейся при сварке выше температуры (около 800—850 ), остаточный аустенит, распад которого во вре­мени увеличивает объем металла. Деформации во времени происходят также в сварных соедине­ниях термически упрочняемых алюминиевых сплавов системы В них идут структурные изменения, связанные с распадом пересыщенного твердого раствора цинка и магния. Характер изменения усадочной силы во времени при комнат­ной температуре, полученный на лабораторных образцах, показан на рис. 8.25, а. У титанового сплава ВТ1 и аустенитной стали 1Х16Н25АМ6, не испытывающих при сварке структурных пре­вращений, а также у стали СтЗ, структурные превращения в кото­рой происходят при высоких температурах, усадочная сила умень­шается из-за пластических деформаций металла в процессе релак­сации напряжений. В сталях 4X13 и 35 усадочная сила растет вследствие уменьшения объема металла в зоне, где идет процесс отпуска мартенсита закалки. Повышение температуры до 100 (рис. 8.25, б) усиливает как пластическую деформацию, так и отпуск мартенсита.

Механическая обработка термически необработанных сварных Деталей все деформациями и иска­жением размеров. Эти искажения происходят либо непосредственно во время обработки, либо в момент съема детали со станка, либо в незначительной мере в процессе вылеживания после механиче­ской обработки. Во время механической обработки удаляют металл, в котором были собственные остаточные напряжения. Особенно значительны они в зоне пластических деформаций. Происходит нарушение равновесия внутренних сил. Если известны уровень

остаточных напряжений и объем снятого металла, то можно определить — изменение силы. Если закрепление детали не мешает ей деформироваться, то изменение размера возникает сразу. При обточке наружной поверхности вала (рис. 8.26, а), сваренного многослойной сваркой, нарушается прямолинейность внутреннего отверстия, обработанного ранее. При обточке цилиндра (рис. 8.26, б) появляется бочкообразность внутренней поверхности вследствие частичного уменьшения окружной усадочной силы. При закрепле­нии детали (рис. 8.26, ) сварной шпангоут (рис. 8.26, в) после съема со стола утратит форму правильной окружности, а сварная балка (рис. 8.26, г) частично изогнется и не будет иметь плоской обработанной поверхности. В этих случаях требуется либо пере­креплять детали перед финишными операциями (рис. 8.26, в, г), либо производить повторную обработку поверхностей с малыми объемами удаляемого металла (рис. 8.26, а, б).

Искажение формы обработанных поверхностей может происхо­дить также в результате различия сил резания на закаленных и незакаленных участках зон не отпущенного сварного соединения.

В процессе вылеживания после механической обработки дефор­мирование с течением времени может происходить потому, что перераспределение остаточных напряжений во время механической обработки могло вызвать пластические деформации в отдельных зонах и активизировать процесс релаксации.

В процессе эксплуатации изменение размеров происходит под • влиянием дополнительного силового воздействия на сварную деталь. Если сумма достигает предела текучести, воз-

никает необратимая пластическая деформация. Нагружение де­тали может возникнуть в процессе перевозки и монтажа. Разли­чают нагружение детали статическими и переменными (вибрацион­ными) нагрузками. При статическом нагружении двутавровой