Диссертация (1024714), страница 32
Текст из файла (страница 32)
4.27.Предел текучести, МПа14001200Перлит1000Бейнит800Аустенит6004002000020040060080010001200Температура, 0С140016001800а)Предел текучести, МПа700600500ПерлитБейнитАустенит4003002001000020040060080010001200Температура, 0 С140016001800б)Рис. 4.27. Зависимости предела текучести фазовых компонентов основного(а) и присадочного (б) металлов от температуры228Предел текучести присадочного металла примерно вдвое ниже, чем уосновного, поэтому расчет сварочных напряжений проведен с использованиемдвумерной конечно-элементной модели по схеме обобщенной плоскойдеформации. При этом принято, что поперечные сечения остаются плоскими,но возможны их взаимное смещение и поворот. Наибольший интереспредставляют компоненты напряжения в плоскости пластины, поперек и вдольшва.
Схожие напряжения возникают в угловых и тавровых соединениях.Распределение поперечных ОСН по сечению шва показано на рис. 4.28.ха)ухб)ухв)уРис. 4.28. Распределение поперечных ОСН по поперечному сечению шва: а–однодуговая сварка в разделку с углом 60º; б – двухдуговая сварка вразделку с углом 60º; в – двухдуговая сварка в разделку с углом 12º229Интерес к распределению поперечных напряжений (поперек шва) вызвантем, что поперечные напряжения могут вызвать разрушение по шву, и являютсяодной из основных причин возникновения холодных трещин при сварке.Связано это с тем [222], что появление продольных трещин в сварных швах иразрушения сварных конструкций тесно связаны с высокими значениямипоперечных напряжений растяжения от поперечной усадки при сварке.Поэтому напряжения от поперечной усадки являются наиболее опасными дляработоспособности сварных соединений и сварных конструкций.Из приведенных на рис.
4.28 данных наглядно видно, что наибольшиерастягивающие напряжения возникают в средней части сечения и достигаютпримерно половины предела текучести металла шва и четверти пределатекучести основного металла (рис. 4.28,а и рис. 4.28,б). В то же время в корнешва и у наружной поверхности преобладает сжатие. Такое распределениенапряжений можно считать благоприятным, поскольку опасность холодныхтрещин обычно максимальна вблизи корня шва. Корень шва имеет меньшиеразмеры в сравнении с наружными слоями шва, и соответственно являетсяболее сосредоточенным концентратором напряжений в сварном соединении.Поэтому можно принять [223], что дефекты формирования швов в глубинесечения шва по своей опасности эквивалентены поверхностным дефектам вдвоеменьшего размера. При переходе на более узкую разделку распределение ОСНсущественноизменяется(рис.4.28,в).Поскольку шахматныйпорядокраскладки валиков не используется, распределение напряжений становитсясимметричным.Термодеформационные процессы и фазовые превращения, происходящиев сварном соединении, помимо поперечных напряжений приводят и квозникновению продольных напряжений (вдоль шва).
Продольные напряжения(рис. 4.29) вызывают появление менее протяженных трещин, ориентированныхпоперек шва. Однако значения этой компоненты обычно больше, чем значениядругих компонент напряжения, они могут превосходить предел текучестиматериала.230ха)ухб)ухв)уРис. 4.29. Распределение продольных ОСН по поперечному сечению шва а–однодуговая сварка в разделку с углом 60º; б – двухдуговая сварка вразделку с углом 60º; в – двухдуговая сварка в разделку с углом 12ºНа рис. 4.29, а видно, что максимум продольных напряжений такжеприходится на середину толщины пластины. Напряжения в шве меньше, чем восновном металле, в связи с более низким пределом текучести металла этойзоны.
Ширина зоны растягивающих напряжений составляет около 100 мм, востальной части пластины продольные напряжения сжимающие. При переходенадвухдуговуюраспределениясваркуОСНне(рис.4.29,наблюдается,б)принципиальныходнакоуровеньизмененийрастягивающихпродольных напряжений у корня шва снижается в два раза (до 200 МПа). При231переходе на более узкую разделку (рис. 4.29, в) распределение ОСНсущественноизменяется.Распределениенапряженийстановитсясимметричным, а зона растягивающих напряжений сужается и смещается кнаружной поверхности соединения.На рис.
4.30 - 4.32 представлена более подробная картина поперечныхнапряжений в виде эпюр по координатам х и у, через зону максимальногозначения напряжений (см. рис. 4.28, 4.29). Так как наиболее наглядноесопоставление вариантов сварочной технологии дает совмещение аналогичныхэпюр напряжений на одном графике.Сопоставление показывает, что распределение поперечных ОСН потолщине пластины в наиболее нагруженном сечении для трех рассмотренныхвариантов сварочной технологии практически одинаково и может быть оценено(рис.
4.30) как достаточно благоприятное.Рис. 4.30. Сопоставление эпюр поперечных ОСН по толщине пластины (покоординате х через зону максимального значения напряжений на рис.4.28): 1 – при однодуговой сварке в разделку с углом 600; 2 - придвухдуговой сварке в разделку с углом 600; 3 - при двухдуговой сварке вразделку с углом 120232Наибольшие растягивающие напряжения возникают в средней частисечения и достигают примерно половины предела текучести металла шва ичетверти предела текучести основного металла, при этом в корне шва и унаружной поверхности преобладает сжатие.Сопоставление эпюр поперечных ОСН по ширине пластины (рис. 4.31)показало, что они практически не изменяются при переходе с однодуговой надвухдуговую сварку.Рис.
4.31. Сопоставление эпюр поперечных ОСН по ширине пластины (покоординате у через зону максимального значения напряжений на рис.4.28): 1 – при однодуговой сварке в разделку с углом 600; 2 - придвухдуговой сварке в разделку с углом 600; 3 - при двухдуговой сварке вразделку с углом 120Уменьшение угла разделки сужает зону ОСН и приводит к смещениюмаксимума напряжений на середину шва. При этом изменяется областьнаиболее опасного расположения сварочных дефектов.
Эту особенностьцелесообразноучитыватьприконтролекачествасварных соединенийнеразрушающими методами.Особенно благоприятно распределение продольных ОСН при двухдуговой233сварке в разделку с углом 600 (рис. 4.32).Рис. 4.32. Сопоставление эпюр продольных ОСН по толщине пластины (покоординате х через зону максимального значения напряжений на рис.4.29): 1 – при однодуговой сварке в разделку с углом 600; 2 - придвухдуговой сварке в разделку с углом 600; 3 - при двухдуговой сварке вразделку с углом 120Такаятехнологиядвухдуговойсваркидаетнаименьшийуровеньпродольных напряжений в зоне корня шва.
Следует отметить, что при переходедвухдуговой сварки к более узкимразделкам напряжениянесколькоповышаются. Однако напряжения у корня шва в этом случае все равно меньше,чем при однодуговой сварке в разделку с углом 600.РаспределениепродольныхОСНпоширинепластинызаметноизменяется при переходе на более узкую разделку, так как зона растягивающихОСН при этом резко сужается.
Установлено, что для продольных швовхарактерно неравномерное напряженно-деформированное состояние по ихпоперечному сечению, это не может не сказываться на значения напряженийпродольных ОСН по ширине шва и ЗТВ.234В этой связи представляет интерес сопоставления эпюр продольных ОСНпо ширине пластины для различных условий сварки по координате у через зонумаксимального значения напряжений.Подобное сопоставление эпюр продольных ОСН представлено на рис.4.33.Рис. 4.33.
Сопоставление эпюр продольных ОСН по ширине пластины (покоординате у через зону максимального значения напряжений на рис. 4.28)при различных вариантах сварочной технологии: 1 - однодуговая сварка вразделку с углом 600; 2 - двудуговая сварка в разделку с углом 600; 3 двудуговая сварка в разделку с углом 120Известно [224, 225], что создание условий термоциклирования в процессесварки, с многократными циклами фазовых переходов при нагреве иохлаждении, способствуют не только изменению структуры металла шва иЗТВ, но и снижению уровня ОСН. Подобные изменения связаны свозникающим температурным градиентам в свариваемом металле, и какследствием,неравновеснымифазовымипревращениями.Фазовыепревращения, в свою очередь, приводят к изменению термических (объемных)235и межфазных напряжений с микропластическими деформациями фаз идиффузионному перераспределению химических элементов.Такие явления происходят и при двухдуговой сварке конструкций извысокопрочных сталей.
Поэтому сопоставление эпюр ОСН (рис. 4.20…4.32)наглядно показывает, что использование двухдуговой сварки снижает уровеньОСН, по сравнению с однодуговой сваркой. Помимо этого, двухдуговая сваркапо узкому зазору конструкций из броневых сталей по сравнению со сваркой встандартные(60°)разделкинеприводиткнеблагоприятномуперераспределению остаточных напряжений, а, следовательно, не снижаеттехнологическую прочность сварных соединений корпусных конструкцийспециальной техники. Данное заключение о двухдуговой сварке по узкомузазору стыковых сварных соединений можно распространить и на угловые, атакже тавровые соединения, так как компоненты напряжений в плоскостипластины, поперек и вдоль шва схожи.В целом проведенный анализ показывает, что переход к болеепрогрессивным и экономичным технологиям двухдуговой сварки броневыхсталей по узкому зазору не приводит к неблагоприятному перераспределениюОСН и не должен вследствие этого снижать технологическую прочностьсварных соединений.Учитываяважностьсравнительныхисследованийпоизменениюостаточных сварочных напряжений в зависимости от угла раскрытия кромокразделки при сварке, одновременно с расчетной оценкой напряжений былипроведеныэкспериментальныеисследования[226]поопределениюдеформаций, возникающих при сварке в стандартную и зауженную разделкиВ ходе проведения исследования была выполнена однодуговая идвухдуговая сварка образцов из стали 30ХГСА толщиной 20 мм.
Сваркувыполняли на образцах со стандартной (угол разделки 60°) по ГОСТ 14771-76 изауженной (общий угол разделки 12°) разделкой кромок. Номера образцов иизменяемые параметры представлены в табл. 28.236Таблица 28.Изменяемые параметры эксперимента по определению деформацийпри сварке по узкому зазоруНомеробразцаКоличество дугРасстояние междуУгол раскрытиядугами, ммкромок, град11-6021-123250604210060522006062501272100128220012В состав установки для проведения экспериментов (рис. 4.34) входилсварочный аппарат S8 Pulse в количестве 2 штук; механизм перемещениягорелок NB-5JB, стол с приспособлениями для фиксирования образца,регистратор параметров AWR 725 и две сварочные горелки SB-500W .Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
