Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 71
Текст из файла (страница 71)
9, в). Двухосные осесимметричные напряжения в пластинах определяют путем последовательного рассверливания отверстий с измерением баз Б (рис, 9, г), В качестве механиче- ЩЩЩЩЩ~~ ского съемного тензометра может быть рекомендована на рис. !О, с индикаторной головкой. Измеряемые длины баз 10 — 100 мм. Определить трехосные напряжения в глубине металла при произвольном расположении главных осей можно путем сверления глубоких отверстий диаметром 5 — 8 мм и установки в них проволочных тензометров. Сверление отверстия вносит существенные искажения в поле напряжений только вблизи отверстия в области около пяти радиусов отверстия.
За пределами этого размера искажения незначительны. При вырезке столбика металла диаметром более пяти диаметров отверстия можно определить средние напряжения в пределах этого объема металла, Датчики могут быть установлены на резьбе, приклеены к стенке или залиты эпоксидной смолой. В последнем случае может быть установлена розетка из нескольких датчиков. А Временные двухосные напряжения определяют на поверхности металла непосредственно в процессе сварки, устанавливая механические, А обычно охлаждаемые тензометры, Производят непрерывную запись наблюдаемых деформаций А-А вв и термического цикла. Затем на дилатометре воспроизводят термический цикл сварки и оп- м2 ределяют температурную деформацию е„. Вычитая из ек величину в„, по формуле (9) определяют деформации е„„р+ еяг на измеряемых базах.
Располагая тремя измерениями деформа- И' ций, получают деформации в, е„, уле. Весь п2,2 процесс разбивают на отдельйые периоды времени И и находят приращения дефорзшций Ьа" + ', Ьвп+ ', Ьу"„+ ' на каждом интервале времени от и до(п+ 1). Зная величины предела текучести, модуля упругости и коэффициента Пуассона в зависимости от температуры в мо- б мент времени (и+ 1), по теории течения вы- 1 числяют напряжения [3]. Для более точного определения временных напряжений с учетом влияния термического Рис. 10. Механический съем- цикла сварки и процесса деформации на ме- ный деформометр конструкханические свойства металла получают термо- ции МВТУ им. Баумана деформограмму, а затем находят более точные напряжения (3).
На основе расчетных и экспериментальных данных сложились следующие представления о величине и характере распределения остаточных напряжений в сварных соединениях. Наиболее устойчивый характер имеют продольные остаточные напряжения ол. В металлах толщиной до 15 — 20 мм, выполняемых за один — три прохода электродуговыми способами и не имеющих структурных превращений с изменением объема при относительно невысоких температурах, распределение напряжений ол имеет вид, показанный на рис.
11. В низкоуглеродистых и аустенитных сталях максимальные напряжения наблюдаются в шве и примерно равны пределу текучести металла (рис. 11, а и б). В титановых сплавах (рис. 11, е) и „„= (0,5 —: 0,8) о,; примерно такой же уровень имеютмаксимальные напряжения в алюминиевых сплавах, но характерно некоторое снижение напряжений в зоне шва (рис, 11, г); большие уровни напряжений соответствуют мощным быстродвижущимся источникам тепла при сварке.
Ширина зоны растягивающих напряжений несколько меньше ширины зоны пластических деформаций 2Ьп; в приблинсенных оценках можно считать их одинаковыми. В сваренных полосах равной ширины растягивающие напряжения уравнове- 12 Сварочные деформации и напряжения 357 Рус '"' 288 ' (15) аю атг/ммт а) Деформации, напряжения и перемещения при сварке шены сжимающими напряжениями ос за пределами зоны 26я1 средняя величина последних зависит от Р, и ширины сваренной пластины 2В: Показанные на рис.
11 напряжения о„действуют по всей длине пластин, ва исключением концевых участков. Структурные превращения, сопровождающиеся изменением объема и происходящие при температурах, когда от ~ О, влияют на остаточные напряжения, Чем ниже температура структурного превращения в сталях (см. рис. 4), тем меньше растягиваюшне напряжения о„; при температурах превращений ниже а/ е) а) г) Рис. 11, Характер распределения остаточных напряжений о, в средней части сварных пластин: а — низкоуглеродистая сталь Стэ, 6 = 8 мм; б — аустеиитная сталь 1ГГХ18Нэт, б Г мм: в — титановый сплав ОТ-4, б = 1,б мм; г — алюминиевый сплав АМгб, 6 10 мм 300 — 400' С возникают сжимающие напряжения, На рис.
12, а показано характерное распределение напряжений в легированной стали, Центральная зона при на~реве и остывании испытала структурные превращения, завершившиеся при низкой температуре; в ней — напряжения сжатия. При сварке аустенитными электродами (рис. 12, б) в шве получают напряжения растяжения, а в околошовной зоне, испытавшей структурные превращения, — напряжения сжатия. Поперечные напряжения п„в соединениях, выполненных дуговыми способами сварки за один проход, зависят от скорости сварки, длины и ширины пластин, условий охлаждения и закреплений. Они являются взаимно уравновешенными и поэтому могут быть как растягивающими, так и сжимающими.
Значительные растягивающие напряжения ое с протеканием пластических деформаций удлинения в период остывания возйикают при сварке коротких швов в жестком контуре (например, при заварке дефектных участков). Напряжения о, в электро- дуговых однопроходных швах незначительны. Остаточные напряжения в многослойных стыковых швах зависят от свойств металла, числа слоев, режима сварки и условий закрепления. Распределение продольных напряжений ак подчиняется примерно тем же закономерностям, что и в однопроходных электродуговых соединениях.
Распределение поперечных напряжений пе в многослойных швах с у-образной разделкой зависит от характера закреплений свариваемых пластин. При сварке незакрепленных пластин вследствие поперечной усадки отдельных слоев и поворота пластин относительно друг друга в корне шва напряжения ау ) от (кривая 7 на рис. 13, и), а при больших толщинах (80 — 100 мм и более) могут достигать значений, вызывающих разрушение. Наоборот, при сварке пластин, где угловой поворот невозможен, а Рис. 12. Характер распределения остаточных напряжений в сварных соединениях из среднелегированных сталей, испытывающих структурные превращения: а — химический состав прнсадочного металла совпадает о химическим составом основного металла; б — прнсадочный металл — аустенитная сталь поперечная усадка происходит беспрепятственно, в корне шва возникают сжимающие напряжения пе (кривая 2 на рис.
13, а). В последних слоях швов напряжения о„= (0,4 —: 0,6) от и являются расгягивающими. Напряжения о могут быть и сжимающими, и растягивающими, что зависит от режима укладки Рис. 13, Поперечные остаточные напряжения оу'. о — в многослойном шве ниакоуглероднстой стали; б — на поверхности пластин иа среднелегированной стали с аусте- нитным швом валиков выше лежащих слоев, В легированных сталях в зоне структурных превращений напряжения о„как правило, сжимающие, а напряжения ор на поверхносги пластин являкг1ся растягивающими с максимумом на линии сплавления (рис. 13, б). В электрошлаковых сварных соединениях из низкоуглеродистыи сталей толщиной примерно до 150 мм, выполняемых с большим проваром, рас- Перемещения при сварке конструкций 859 858 Деформации, напряжения и перемещения при сварке пределение напряжений аналогично распределениям в электродуговых однопроходных соединениях.
Напряжения и„ значительны, а ор и оа существенно меньше а,. При толщине элементов 150 — 200 мм и более, в особенности при малых погонных энергиях сварки, распределение напряжений по толщине швов крайне неравномерно (рис. 14, а).
По оси все три компонента растягивающие, причем вследствие объемности напряженного состояния отдельные компоненты превосходят о,. На поверхности швов напряжения о„обычно растягивающие, но малы, а ау — сжимающие величиной 0,5 а, и более. Такой характер распределения напряжений объясняется сопротивлением усадке нагретого металла по толщине со стороны холодных участков, а также неравномерностью температуры металла по толщине, если она велика.
В легированных сталях в зонах структурных превращений, происходящих при низких температурах, напряжения о и о, сжимающие (рис, 14, б). В аустенитном шве напряжения растягивающне. В сварных соединениях нахлесточных, угловых и тавровых распределение напряжений при электродуговой и электрошлаковой сварке в общем аналогично распределению напряжений в стыковых соединениях. В продольных прямолинейных швах оболочек остаточные напряжения примерно такие же, как и в плоских пластинах. В кольцевых однопрон ходных сварных соединениях оболочек к напряжениям, имеющим место в пластинах, добавляются напряжения, воз- Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
