Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 78
Текст из файла (страница 78)
Устранение возникших перемещений требует дополнительных затрат средств. 8. Искажения формы могут приводить к неудовлетворительному внешнему виду изделий, например, автомобилей, вагонов, холодильников и др. МЕТОДЫ УМЕНЬШЕНИЯ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ПЛАСТИЧЕСКИХ ДЕФОРМАЦИЙ В МЕТАЛЛЕ Существует много методов и технологических приемов регулирования и уменьшения напряжений и деформаций, возникающих при сварке.
В принципиальном отношении онн могут быть сведены к трем главным способам: а) уменьшению объема металла, участвующего в пластической деформации в процессе сварки, и величины пластической деформации, возникающей на стадии нагрева металла; б) созданию пластических деформаций противоположного знака в тех зонах, которые оказались вовлеченными в пластическую деформацию на стадии нагрева; это может быть обеспечено как в процессе сварки, так и после ее завершения; в) использованию принципа компенсации возникших пластических деформаций, например симметричному расположению швов, возможности свободной усадки, созданию пластических деформаций в других зонах, чтобы получить равномерную усадку всего элемента, и т. п. Известны следующие методы уменьшения сварочных напряжений. Предварительный и сопутствующий подогревы при сварке.
Путем подогрева можно уменьшить разность температур между отдельными точками тела. Это приводит к уменьшению пластических деформаций и напряжений. В ряде случаев требуется меньшее вложение тепла при сварке, что может уменьшить размеры зон пластических деформаций. Подогрев снижает предел текучести н модуль упругости металла, что также может привести к уменьшению пластических деформаций и напряжений.
Подогрев изменяет скорость охлаждения и характер структурных превращений. В материалах, испытывающих структурные превращения, изменяются эпюры остаточных напряжений и свойства металла. В целом подогрев, как правило, уменьшает остаточные напряжения. Проковна и поверхностный наклеп металла. Проковку можно применять для изменения механических свойств металла и структуры, осадки с целью изменении формы (заглаживания), создания напряжений сжатия. Проковку можно проводить по горячему металлу сразу после сварки илл после его остывания.
Во всех случаях осадка металла в направлении толщины вызывает расширение ме- 13 и/р. Винокурова В, А., т. 3 386 10 Х Х о 1 2 2 Рис. 3. Стадии отпуска сварных конструкций и изменение температуры во времени: 1 — нагрев; 11 — вырввнивзние; Ш вЂ” выдержка; 1)т — охлвждевие; 1 — поверхность изделий; 2 — внутренние зоны Рис 4 Релаксация напряжений от различного начального уровня в стали 15ГН4М в состоянии после отжига Материал Температура отпуска, 'С 111зтеривл Температура отпусив, С Сплзвы1 магниевые алюминиевые титвиовые ииооиевые Стали; углеродистые, низко- и среднелегировзнные ...
ЗЗЗ вЂ” яо вустенитные....... 8ЗΠ— 10зо 250 — 300 250 — 300 550 — 600 1100 — 1200 Уменьшение сварочных деформаций, напряжений и перемещений талла в перпендикулярном направлении, что снижает напряжения растяжения в зоне проковки или вызывает напряжения сжатия. В зависимости от температуры проковки и количества тепловой энергии, выделяющейся в зоне ударов, последующее охлаждение и сокращение прокованного металла ведет к изменению собственных напряжений, которые могут оказаться после полного выравнивания температуры как сжимающими, так и растягивающими.
Различают режимы с малыми скоростями деформирования — до 6 — 7 м)с, средними скоростями— до 100 м)с и высокими скоростями — свыше 100 м)с [4]. При применении проковки с целью изменения напряжений особое внимание следует обращать на возможность ухудшения пластических свойств металла. Для ряда сплавов наилучшими являются скорости в диапазоне 20 — 30 м/с [4]. Массивные детали подвергают поверхностному наклепу главным образом для создания напряжений сжатия с целью повышения сопротивления усталостным разрушениям [2]. Проковка имеет преимущество перед другими методами в отношении маневренности и универсальности оборудования. а) и) в) Рис.
2. Схемы расположения зон нагрева (а) и зоны охлаждения (б) при обработке сварных соединений с целью уменьшения продольных растягивающих напряжений о„(в) Импульсивная обработка (взрывом) сварных соединений, предложенная и разработанная ИЭС им. Патона, позволяет создавать напряжения сжатия и является эффективным средством повышения усталостной прочности. Прокатка зоны сварных соединений или обкатка поверхностей роликами уменьшают растягивающие напряжения, а при значительных давлениях могут создать напряжения сжатия до величины, близкой к пределу текучести металла„ Более подробные сведения о прокатке приведены на стр.
390. Приложение нагрузок к элементам сварных конструкций. Нагрузки в процессе сварки с целью снижения остаточных напряжений используют крайне редко. После полного остывания растяжение или изгиб используют главным образом для уменьшения искажения их размеров и форм; при этом максимальные остаточные напряжения существенно уменьшаются вследствие протекания пластических деформаций при наложении на остаточные напряжения рабочих напряжений от нагрузки и достижения ими предела текучести металла. Распространен прием уменьшения максимальных остаточных напряжений и тем вибрации сварного изделия. Хотя напряжения при этом не могут быть пу уменьшены до весьма малых величин, достигаемого их уменьшения бь ает доб ~в статочно для предотвращения последующей деформации детали в процессе ее эксплуатации [4]. Создание неравномерных нагревов или охлаждений широко используют для перераспределения остаточных напряжений. Создавая нагрев вблизи зоны с напряжениями растяжения (рис.
2, а), вызывают расширение нагретого металла. Так как зона с напряжениями растяжения, расположеняая между зонами нагрева, остается при этом холодной и сопротивляется расширению соседних нагретых участков, то в ней возникают дополнительные напряжения растяжения, которые суммируясь с остаточными напряжениями растяжения, вызывают пластические и;еььивение напряжений и деформаций в метал деформашзи м~илла. Если зону остаточных напряжений растя ыы (р ' б) то о а будет сокр щаться встречая седних неохлажденных участков, испытывать дополнительные напряжения растяжения и как следствие пластические деформации, Конкретные приемы термического воздействия могут быть в ыть весьма разноо разны [ ]. Концентрированный нагрев отдельных зон применяют главны бразо: для их сокращения после нагрева и остывания. Этот прием и т главным о- прием используют в основном для термической правки изделия (см.стр.
391). В некоторых сл чаях его можно применять для перераспределения остаточных напряжений [2~. Отпуск сварных конструкций применяют для изменения структуры и свойств металла, а также для снижения остаточных напряжений. Основное достоинство общего отпуска как средства снижения остаточных напряжений по сравнению б тот. с другими методами заключается в том, ) 1 кес/пн что напряжения сии~каются во всех точках сварной конструкции независимо от сложности ее формы. При этом снижение напряжений не сопровождается такими пластическими деформациями, которые уменьшают пластичность металла. Пластические деформации, приводящие к снижению остаточных напряжений, протекают при достаточно высоких температурах, что благоприятно.
При отпуске различают стадии нагрева, выравнивания температур, выдержки и остывания (рис. 3). Наибольшее снижение напряжений, как установлено многочисленными экспериментальными исследованиями [1], происходит на стадии нагрева и определяется температурой отпуска. Характер снижения остаточных напряжений во времени показан на рис. 4. Он типичен для всех конструкционных материалов, Температуру отпуска назначают, ориентируясь на необходимый уровень снижения остаточных напряжений и на те изменения механических свойств металла, которые возникают в результате отпуска. Чем выше температура отпуска, тем полнее устраняются остаточные напряжения. Однако при этом может наблюдаться нежелательное снижение прочностных свойств металла.
Тогда принимают компромиссное решение. Температуры отпуска, обеспечивающие существенное снижение остаточных напряжений, приведены ниже. Уменьигение перемегцений в элементах конструкций Уменьшение сварочных деформаций, наггряжений и перемещений 389 Виды отпуска, закономерности снижения напряжений в зависимости от температуры, свойств металла, характера напряженного состояния и рекомендации по применению отпуска подробно рассмотрены в работе [1].
Прочие методы. Для регулирования уровня и характера распределения остаточных напряжений можно использовать и другие методы, которые, однако, не получили широкого промышленного применения, — это создание искусственных охлаждений зоны сварки для уменьшения размера зоны пластических деформаций, изменение распределенности теплового потока от источников тепла при сварке, регулирование погонной энергии сварки, изменение порядка наложения швов, соответствующий выбор присадочного металла, создание определенных механических свойств металла путем его предварительной термической обработки и др.
МЕТОДЫ УМЕНЬШЕНИЯ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ В ЭЛЕМЕНТАХ КОНСТРУКЦИИ ОТ СВАРКИ Для уменьшения искажения форм и размеров сварных конструкций разработано много способов и мероприятий. Они могут быть использованы. а) на стадии разработки проекта сварной конструкции; б) на стадии, предшествующей сварке, и непосредственно во время сварки; в) после завершения сварки и полного остывания конструкции, т. е. их можно рассматривать как методы правки.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
