Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 72
Текст из файла (страница 72)
14. Остаточные напряжения в электрошлаковых стыковых сварных соединениях: а — распределение напряжений и в„, оа но толщине шва углеродистой стали, 6 240 мм; б — распределение средних напряжений ох и на по ширине соединения иа среднелегированной стали с аустенитным швом никающие от сокращения металла в окружном направлении и появляющегося вследствие этого изгиба оболочки, В результате напряжения вдоль шва о (в данном случае окружные напряжения аа) понижаются по сравнению с напряжениями в плоских пластинах. Напряжения поперек шва с внутренней стороны оболочки из-за изгиба оказываются растягивающими, а на поверхности металла с наружной стороны — сжимающими.
Многослойные кольцевые соединения могут выполняться с различным темпом укладки слоев, а также с разделкой шва наружу н внутрь оболочки. В первом случае в корне шва часто образуются значительные растягивающие поперечные напряжения, способные вызвать разрушение шва. При втором варианте расположения разделки более вероятно образование сжимающих поперечных напряжений в корне шва, который в этом случае находится снаружи. Распределение напряжений в круговых однопроходных соединениях плоских элементов зависит от свойств металла, радиуса шва и жесткости внутреннего н внешнего свариваемых элементов, В металлах, не испытывающих структурных превращений, окружные напряжения ос вдоль шва в зоне 2Ья пластических деформаций близки по величине к напряжениям сг в прямолинейных швах.
Радиальные напряжения о,могут изменяться в широких пределах — от нулевых до растягивающих, близких к пределу текучести металла. Последние более вероятны в швах малого радиуса, С возрастанием радиуса шва о, уменьшаются. Во внешней части листа ог сжимающие, а о,растягивающие.
Во внутренней части ог = о„при больших радиусах швов они сжимающие, при малых — растягивающие. При осесимметрнчных нагревах в точечных и электрозаклепочных сварных соединениях в центральной части остаточные напряжения а, и ог примерно равны и являются растягивающими. В низкоуглеродистых и аустенитных сталях о шах = а,ша„= а . В титановых и алюминиевых сплавах максимальные напряжения в центральной части меньше предела текучести.
При переходе от зоны пластических деформаций к основному металлу напряжения а, меняют знак и становятся сжимающими; радиальные напряжения в основном металле растягивающие и по абсолютной величине примерно равны тангенциальным а~. В стыковых соединениях стержней, сваренных контактной сваркой, на поверхности в осевом направлении действуют сжимающие напряжения.
В глубине металла по оси стержней имеются трехосные растягивающие напряжения, С увеличением диаметра стержней и градиента температур по их длине остаточные напряжения возрастают. Остаточные напряжения в сталях и сплавах даже при значениях, близких к о„стабильны во времени. Релаксация напряжений протекает крайне медленно и может составлять лишь несколько процентов. Дополнительные деформации появляются вследствие распада неустойчивых структур, например остаточного а устенита.
Рассмотренные здесь напряжения и деформации относятся к случаям, когда в соединениях отсутствуют какие-либо дефекты. В стыковых соединениях сталей продольная пластическая деформация составляет около 1 — 2%, При наличии концентраторов в зоне пластических деформаций, при сварке в жестком контуре, а также гри наличии больших перемещений во время многослойной сварки пластические деформации могут составлять десятки процентов и вызывать разрушение металлов. ПЕРЕМЕЩЕНИЯ, ВОЗНИКАЮЩИЕ ПРИ СВАРКЕ КОНСТРУКЦИЙ Перемещения в элементах конструкций возникают вследствие образования сварочных деформаций.
Перемещения могут быть временные и остаточные, Их определяют либо расчетными, либо экспериментальными методами. Один из наиболее простых и рациональных расчетных методов определения перемещений сварных конструкций состоит в расчленении всей задачи расчета на даа самостоятельных этапа. На первом этапе экспериментальным илн расчетным путем находят деформации и перемещения в зоне сварных соединений (термомеханическая часть задачи), а на втором этапе методами сопротивления материалов или теории упругости определяют перемещения (деформационная часть задачи), используя результаты, полученные на первом этапе. Удобство такого приема состоит в том, что одни и те же результаты из термомеханической части задачи, будучи полученными один раз, могут многократно использоваться при решении деформационных задач. Перемещения и деформации в зоне сварных соединений.
Различают следующие пять видов перемещений и деформаций в зоне сварных соединений: 1) продольные остаточные пластические деформации ен, „, создающие так называемУю УсадочнУю силУ Рус; 2) попеРечные пеРемещненйЯ™о и Равномерная по толщине поперечная усадка сха„,; 3) неравномерная по толщине по. перечная усадка н угловое перемещение рн; 4) перемещения в направлении 360 Деформации, напряжения и перемещения при сварке 361 Перемещения при сварке конструкций перпендикуляра к поверхности свариваемых листов и!; 5) продольные перемещения и, Рассмотрим каждый из указанных видов отдельно.
Усадочная сила, В результате сварки в зоне термического влияния формируются остаточные продольные пластические деформации авл „„которые, как правило, являются деформациями укорочения, но в случае структурных преврашений при невысоких температурах (обычно ниже 400' С) могут оказаться деформациями удлинения.
На рис„15, а показана эпюра еяа „„типичная для низкоуглеродистой стали, а на рис, 15, б — для легированной стали, (20) а) й) д) Некоторые исследователи !1О, 12) рекомендуют использовать в расчетах сумму произведений остаточных пластических деформаций на площадь, занимаемую ими + и ~~~и~! ) л= ~ апл. ост с!Р. — ь п Другие исследователи 151 рекомендуют использовать величину Р,=Е ЕХр, (18) Остаточные пластические деформации е„„,т в ряде случаев могут быть рассчитаны. Их определяют также экспериментально путем измерения длины продольных волокон до сварки и после сварки и разрезки (см. рис, 8). Для низкоуглеродистых и низколегированных сталей с пределом текучести до 30 кгс/мм' в случае сварки плавлением элементов встык, втавр или внахлестку за один проход установлена следующая зависимость усадочной силы Р,, от режима сварки и жесткости свариваемого элемента; (17) чные валы = !серн ис (21) бэ 000 роды !3!45 лоха; вгс од фл!о СЦ-40 МТ под АН-42 ЗЗ 000 6З 000 Рус.
ж 1,+1,+Р т! 000 (19) где Р,.ж — усадочная сила, возникающая при укладке шва на свариваемый элемент (балку, пластину) весьма высокой жесткости, кгс; от — предел текучести металла, кгс/см', 1,, 1я — моменты инерции относительно главных центральных осей 1 — 1 и 2 — 2, см' (рис, 16); Р— площадь поперечного сечения, сма; е„еа — вксцентриситеты приложения усадочной силы относительно осей 1 — 1 и 2 — 2, см, Знаменатель в формуле (19) всегда меньше единицы; он учитывает влияние ограниченной жесткости балки или пластины на увеличение Р, по сравнению с Рус Формулу (19) не следует использовать для элементов с отйосительно малой Рис. 15. Распределение продольных остаточ- ных пластических деформаций: а — яиакоуглеродиотая сталь: б — легированная сталь Рис, 16. Положение главных осей н эксцентри- ситеты е, и еа приложения усадочной силы жесткостью, когда плошадь пластических деформаций, равная примерно Р, /от, составляет более 25 — 30% от всей площади Р поперечного сечения балки, Величину Р,.ж (в кгс) определяют в зависимости от режима сварки: 1,да+12600 ' / ос ' где е — эффективная мощность, Дж/с; рс — скорость сварки, см/с; д/р — погонная энергия сварки, Д>к/см', дв — удельная погонная энергия "сбрасч Рис.
17. Поперечные сечения сварных соединений: а — стыковых; б — угловых; а — тавровых; г — ивхлесточяых сварки, Дж/смв; бр,„, — расчетная толщина свариваемого элемента, см. Величина бр„, — (б,+ба) при сварке пластин толщиной б, и б, встык или в угол 1 (рис. 17) или бр„,—— — (26в+6,) при сварке втавр или внахлестку (рис, 17, е, е). 1 расч Формула (20) действительна в диапазоне во от 4000 до 38 000 Дж/сых при естественной теплоотдаче и толщинах металла примерно до 20 — 25 мм. В тех случаях, когда режим сварки точно не известен, удобным оказывается определять по- з. значения !7 для некоторых ГОННУЮ ЭНЕРГИЮ СВаРКИ 0/ис В ЗаВИСН- способов сваРЯЯ мости от поперечного сечения наплавленного металла: где Ря — площадь поперечного сечения наплавляемого мегалла шва, см', 4)е — коэффициент, определяемый по табл.
2 в зависимости от способа сварки; он найден опытным путем. В случае неоднопроходной сварки зона пластических деформаций от последующих слоев может перекрывать зону пластических деформаций, обра- зованную ранее уложенными слоями, Это должно учитываться при определении усадочной силы. При сварке втавр двумя одинаковыми угловыми швами последовательно (рис. 18, а), зоны пла- стических деформаций которых перекрываются, суммарная усадочная сила от двух швов может составлять окочо 1,25 — 1,45 ог величины усадочиой силы первого однопроходного шва, При укладке большего числа слоев неооходимо использовать следующие рекомендации, 363 Перемещения при сварке конструкций 362 ~1Рпл= бс+ — 1~ бп+Ршл 2 п=2 (25) (27) Рпл= — 9,7 ° 10 ~ —, ус, ж от 0~с~ (23) е„- "е,' 1 В= 1 '+ —.
1, Ул Р' (24) Деформации, напряжения и перемещения при сварке В общем случае при многопроходной сварке тавровых нехлесточных и угловых соединений усадочная сила Рп, », о, где Р, — усадочная сила при односторонней однопроходной сварке, вычисляемая по формуле (19); ЛРпл — приращение площади зоны пластических деформаций Рис. 18. Сварные соединения в балочных конструкциях: 1 — Б — валики (зоны пластических деформаций заштри- хованы) при многопроходной сварке по сравнению с площадью Рп, зоны пластических деформаций при однопроходной односторонней сварке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
