Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 70
Текст из файла (страница 70)
Зависимости Е, О и )л от температуры для стали Ст3 туры для некоторых материалов 1 — ннзкоуглероднстая сталь; 2 — титановый сплав: — — действнтельные зависимости — — — — схематизированные зависимости Деформации, напряжения и перемеи(ения при сварке Е,'I 10 12 ОВ 04 О Е,'/~ 1,2 ОВ 04 0 а) б) Рис. 4. Характерные дилатограммы сталей: а — аустеннтной; б — перлнтной ! 200 400 000 чС Рис. 6.
Зависимость пт от темпера- теплоемкость су и коэффициент температуропроводности а) необходимы для определения температурных полей при расчетах сварочных деформаций и напряжений. Их обычно выбирают средними, „ориентируясь на некоторую условную температуру (табл. 1). Коэффи)тйенты линейного расширения сс также принимают средними в некотором диапазоне температур.
При более точных расчетах напряжений, а также в случае определения временных деформаций и напряжений используют дилатограммы (рис. 4), полученные гри термических циклах, соответствующих определенным точкам сварного соединения. Положение точек начала Тн и конца Тк структурных превращений зависит от химического состава металла, скорости охлаждения и напряженно-деформированного состояния. 1. Теплофнзическне коэффициенты для некоторых металлов ' Средний коэффнпнент линейного расширения а в диапазоне температур 0 — 1000'С, прн определенна которого исключено сокращение металла вследствие структурного превращения Типичные зависимости модулей упругости Е, О и коэффициента Пуассона )ь от температуры представлены на рис.
5. В ряде расчетных методов материал рассматривают как идеально упругопластический. Зависимости предела текучести от температуры для некоторых металлов представлены на рис. 6. В процессе сварки металл испытывает сложное воздействие изменяющейся температуры и деформации. При этом возникают ползучесть, упрочнение и разупрочнение металла. Для определения свойств металла в условиях сложного термодеформационного цикла сварки получают серии термодеформограмм — зависимости эквивалентного напряжения от эквивалентной деформации при одновременном изменении температуры по термическому циклу сварки. СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ Существуют расчетные и экспериментальные методы определения временных и остаточных сварочных напряжений и деформаций.
Из приближенных методов наиболее известны методы, разработанные Г. А. Николаевым и Н, О. Окербломом. В графорасчетном методе, разработанном Г. А. Николаевым, приняты некоторые допущения. 1. При сварке пластин достигается предельное температурное состояние. 2. Возникающие напряжения одноосны; поперечные сечения не искривляются. 3.
Диаграмма металла соответствует диаграмме идеально упругопластического тела; принимается схематизированная зависимость предела текучести от температуры (рис. 6). Модуль упругости Е от температуры не зависит. Метод предусматривает определение напряжений в двух поперечных сечениях; времен- 352 Деформации. напряжения и перемещения ггри сварке Сварочноге деформации и напряжения 353 ных — в сечении 1 — 1 (рис,?, б), соответствующем наибольшей ширине изотермы 600' С (для сталей); остаточных — в сечении 2 — 2 после полного остывання пластины (сечение 2 — 2 на рис.
7, б как находящееся за пределами рисунка не показано). Рассмотрим определение продольных деформаций и напряжений о при сварке встык двух пластин при полной их ширине 2В. Согласно (1) собственные деформации (еупр + е„,) равны разности наблюдаемых деформаций е„и температурных деформаций еи = иТ: еу р+еил=еи — еа=ек — ~Т (9) Решение задачи сводится к отысканию составляющих деформаций в уравнении (9). На рис. 6 отрицательные деформации укорочения отложены вниз, а положительньге деформации удлине- 0 0' ння — вверх. Вначале строится кривая температурных деформзций е„= аТ„по- Ш ]ц„пг' казанная на рис.
7, а, Так как принято, что поперечные сечения не искривляются, Е» то е„по всей ширине пластин одинакова. ЛЮ Величину еи находят путем подбора ме- 000 тодом последовательных приближений из г условия взаимоуравновешенности соби) ственных напряжений в пределах попе- речного сечения 1 — 1; о = е „Е. За- 000»0 даются некоторой положительной велит чиной е, и смещают начало коо]гдинат 000 на зту величину из положения 00 в по- 400 ложение пип'. Вертикальные отрезки между кривой ссТ и линией тт' согласно 200 0 (9) представляют собой сумму упругих и пластических деформаций, находящихся 20 в левой части (9). Разделение полных деформаций на упругие е и и пластические еи, производят с учетом того, что 0 упругая деформация не может превос- Рис. 7. Схемы определения продольных деформаций и напряжений при сварке узких пластин по методу, разработанному Г.
А. Николаевым; и — распределение геиоератур и деформаций в сечении г — г; б — телшературное поле в пластине ири сварке; в — аиюра остатоииыл деформаций в пластике ходить величину — '-.При Т - 600'Супругиедеформацнн равны нулю. На рис. 7,а Е упругие деформации показаны вертикальной штриховкой, а пластические— наклонной, Признаком правильности выбора величины еи является равенство нулю суммы напряжений, т. е.
урззновешенность эпюры упругих деформаций. Для определения остаточных деформаций и напряжений надлежиг воспользоваться уравнением (3) в следующей форме записи: (10) После полного остывапия Т = О, следовательно, е также равно нулю. В качестве начальных деформаций ео служат гластические деформации, возникшие при нагреве в сечении 1 — ! (показаны ко.ой штриховкой на рис. 7, а). 1!а рис. 7, в они показаны кривой а[с 1'а', Задаются некоторой отрицательной величиной Еил.ост= ~ Епл.нагр ~ ~ Еггл.остаги ] Остаточные пластические деформации образуют на рис. 7, в апюру ай?'а' и создают так называемую усадочную силу Р, (см. стр.
360); +ап Рус ~ епл, остбЕ с[у — ь и (12) где 2Ь, — ширина зоны пластических деформаций; 6 — толщина пластины, По величине ен можно опРеДелить пРоДольное УкоРочение Ь„р пластины Длиной ипр = ен1- (13) В методе Н. О. Окерблома используют те же допущения, что и в методе Г. А. Николаева.
Для определения остаточных напряжений и деформаций на стадии нагрева и остывания рассматривают не одно, а несколько сечений, расположенных друг за другом. По алгоритмам рассмотренных методов для машинного решения задач на ЦВМ разработаны соответствующие программы [15]. В методе, изложенном в работе [6], также рассматривают серию поперечных сечений при допущениях 1 и 2. Модуль упругости и предел текучести зависят от температуры, приближенно учитывают упрочнение металла при пластической деформации. Неодноосные напряжения при сварке определяют методами теории упругости и пластичности. Упругие решения находят классическими методами, разработанными для температурных задач в теории упругости [1]. Пластические решения выполняют либо приближенно [9, 16], либо более точно на базе современных теорий пластичности.
Методы решения упругопластических сварочных задач с применением теории течения разработаны в работе [12], а методы решения задач с движущимися упругопластическими полями — в работе [2]; понятие термодеформационного цикла сварки как основы физической моделй" процесса упруго-пластической деформации металла в условиях изменяющихся температур введено в работе [3]. Для решения сложных задач нашел применение метод конечных элементов. Для определения остаточных и временных деформаций и напряжений разработаны также экспериментальные методы. Остаточные напряжения определяют как физическими методами — рентгеновским [17], магнитным [13], ультразвуковым [7], так и механическими методами, основанными на разрезке металла и освобождении его от напряжений.
Наибольшее распространение получили механические методы. Механические методы определения остаточных напряжений различаются характером расположения измеряемых баз и последовательностью выполнения операций разрезки и измерения деформаций металла. Напряжения в пластинах в простейшем случае определяют, считая их одноосными. Так как одноосные напряжения незначительно изменяются по длине шва (рис. 8, а), то размер базы измерения можно принимать большим — до 100 мм (рис. 8, б).
После начальных отсчетов с датчиков или съемных механических тензометров, производимых с двух сторон пластины, выполняют разрезку пластины на полоски, ширина Ь которых в зоне значительных градиентов напряжений должна быть по возможности меньше. После разрезки измерения повторяют и по разности начального 12 и/р. Винокурова В. А., т, 3 е„и смещают начало координат в положение пп'. Разделяют полные деформации на упругие и пластические.
Упругие деформации (они могут рассматриваться и как остаточные напряжения ал) показаны вертикальной штриховкой; наклонной штриховкой показаны пластические деформации удлинения, возникшие на стадии остывания. Остаточные пластические деформации представляют собой разность пластических деформаций, возникших при нагреве, и пластических деформаций, возникших при остывании: 355 Сварочнь<е деформации и напряжения Деформации, напряжения и перемен(ения при сварке и конечного отсчетов определяют возникшую в результате освобождения от напряжений деформацию металла е, а затем вычисляют остаточные напряжения (14) Бывает достаточно вырезать полоску перпендикулярно оси шва (рис.
8, в), Для более полного снятия напряжений в ней необходимо, чтобы ширина полоски Е„была не более половины ширины зоны пластических деформаций оп, т. е. Лп ~ 6,. Одноосные остаточные напряжения в балках определяют путем разрезки их на полосы или путем а1 сострагивания слоев. Для определения двухосных напряжений в пластинах используют схему расположения баз и 'разрезку, представленные на рис.
8, г. Касательными напряжениями на площадках, перпендикулярными к осям Х и г', при этом пренебрегают. Напряжения Е (вл+рз ) б) 1 з > 1 — )» (15) Е (в„+1гв ) прост 1 2 где в, и ее — относительные деформации металла в направлении ОХ и Ог', возникшие в результате разрезки, Когда направления главных осей не известны и необходимо определи1ь касательные напряжения, измерения производят в трех направлениях (рис.
9, а) или более (рис. 9, б), используя либо датчики, либо базы под механические тензометры. Напряжения определяют по деформациям, используя соответствующие формулы теории упругости. При определении двухосных остаточных напряжений на поверхности массивных Рис. 8, Расположение измерительных баз и схемы разрезки пластины при определении остаточных напряжений: и — продольные напряжения ох в пластике; б — разрезка «гребеикойлч в — разрезка иа поперечные полосы; г — разрезка иа квадраты о ~ о Рис. 9. Расположение измерительных баз и схема разрезки при определении двух- осных остаточных напряжений: о — в помощью проволочных теизометров; б — с помощью мехаиического дсформометра; в — путем подрезки металла", г — методом рассверливаяия тел металл подрезают на глубину не менее и ~ 0,6 с( (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
