Том 1. Прочность (1041446), страница 41
Текст из файла (страница 41)
г — разрезка на квадраты с измерением в двух на- правлениях; д — разрезка на квадраты с измерением Если есть уверенность, в трех направлениях вблизи шва что касательные напряжения т„„малы, то, чтобы вычислить остаточные напряжения, достаточно измерить возникающие в результате разрезки деформации е и еу по двум главным направлениям: о = — Е (е + 1хе )/(1 — 1х')' ар„, —— — Е (е„+ ре )7(1 — (х').
(7.17) Двухосные остаточные напряжения на поверхности массивных тел определяют аналогично описанному выше для пластины. Металл вокруг мерительных баз подрезают по кольцу кольцевым сверлом или по квадрату фрезами на глубину не менее 0,6 размера стороны квадрата или диаметра. 199 Для определения остаточных напряжений в глубине металла сверлят тонкие глубокие отверстия и размещают в них измерительные преобразователи в различных направлениях. Производят начальные измерения, а затем из металла вырезают цилиндры диаметром не менее пяти диаметров отверстий, причем отверстие находится в центре цилиндра. В этом случае напряжения не искажены сверлением отверстия.
Повторные измерения позволяют определить необходимые для подсчета трехосных напряжений деформации. Временные напряжения в процессе сварки определяют, устанавливая на поверхность детали три близко расположенных деформометра, которые непрерывно регистрируют наблюдаемые деформации 8„„, е„„и у,„„. Зачеканенной в деталь вблизи баз термопарой непрерывно измеряют температуру, затем на дилатометре определяют дилатограмму металла при заданном термическом цикле сварки. Из дилатограммы получают закон изменения температурной дефор- МаЦИИ еа ВО ВРЕМЕНИ, а ПО раЗНОСТЯМ вх„— Еа И Яу Ва НаХОДЯТ закон изменения собственных деформаций. Разбивая весь процесс на отдельные отрезки времени М и получая приращения собственных деформаций Лв„, Лву и Л7 у на каждом из этих отрезков, затем методами теории пластичности вычисляют временные напряжения 13). в 6. Распределение сварочных напряжений в сварных соединениях Современные представления о распределении собственных напряжений в сварных соединениях сложились на основе экспериментальных и расчетных данных.
Поля этих напряжений крайне многообразны и изменчивы от случая к случаю. Наиболее стабильный характер имеют остаточные напряжения вдоль швов а . В образцах толщиной до 15 — 20 мм, сваренных за 1 — 3 прохода плавлением, структурные превращения в которых завершаются при высоких температурах, распределение напряжений имеет вид, показанный на рис. 7.11. В низкоуглеродистых и аустенитных сталях максимальные напряжения о наблюдаются в шве и вблизи него. Они примерно равны пределу текучести.
В титановых и алюминиевых сплавах максимальные напряжения могут составлять (0,5 —: 0,8) (т„ а иногда и ниже. Более высокие напряжения возникают при сварке мощными источниками с высокой скоростью. В зоне, несколько меньшей зоны пластических деформаций, действуют растягивающие напряжения. За пределами этой зоны напряжения обычно сжимающие и мало меняются по ширине пластины. Из-за искривления пластин во время сварки или от изгиба напряжения о вдалеке от оси шва могут быть близкими к нулю или даже растягивающими. Структурные превращения, если они происходят при температурах ниже 300 — 400 'С, существенно изменяют характер напряжений в зоне пластических деформаций (рис.
7.12). Центральная часть — шов и околошовная зона — испытала при нагреве и остывании структурные превращения (рис. 7.12, а), которые заверши- лись при низкой температуре и сопровождались существенным удлинением металла. Здесь возникли напряжения сжатия. При сварке таких сталей аустенитными электродами в шве возникают растягивающие напряжения (рис.
7.12, б); в околошовной зоне, где произошли структурные превращения, имеются напряжения сжатия. г) а АУ))а б. Арпа Рис. 7.11. Распределение остаточных напряжений о„ вблизи шва свар- ных пластин: а — ниаиоуглеродистая сталь Стз (а = 8 мм); б — аустенитная сталь 18Х18Н9Т (а = 2 мм); в — титановый сплав ОТ4 (а =.- 1,8 мм); г — алюминиевый сплав Амгб (а = 10 мм) Рис. 7,12.
Характер распределения остаточных напряжений в однопроходных сварных соединениях среднелегированных сталей, испытывающих структурные превращения: а — присадочный металл совпадает с основным металлом; б — присадоч- ный металл — аустенитная сталь В большей части зоны пластических деформаций, где структурные превращения не возникали, действуют напряжения растяжения. За пределами зоны пластических деформаций в основном металле в таких сталях продольные напряжения о„как правило, сжимающие, но могут быть растягивающими (показано на рис. 7.12, а 201 Оа б, ГО1а а) са Н 1 г 0 и гег гт гт г бгт 203 202 пунктирной линией), если вклад зоны сжатия в центральной части весьма значителен. Все рассмотренные закономерности распределения напряжений о в стыковых соединениях полностью относятся к соединениям с угловыми швами, выполненными за 1 — 5 проходов, — нахлесточным, тавровым и угловым.
Помимо продольных в сварных однопроходных соединениях возникают также поперечные ор и касательные т„„напряжения. Значительные касательные напряжения т„„образуются в местах высоких градиентов напряжений о и о„, т. е. по концам швов. О тгОО +4ОО О +гОО о +год Рис. 7.13. Остаточные напряжения в швах большой толщины: а — при многослойной сварке: б — при алектрощлаковой сварке плиты толщиной а = = 700 мм В швах большой толщины остаточные напряжения зависят от способа выполнения шва и последовательности укладки слоев.
В многослойных сварных соединениях из низкоуглеродистых сталей напряжения сг в шве близки к сг,. Распределение напряжений оа в Ч-образном соединении, которое сваривалось в свободном состоянии, показано кривой 1 на рис. 7.13, а. Напряжения гтя в корне шва при толщинах более 40 — 60 мм велики из-за большой пластической деформации при угловом перемещении. Каждый очередной слой вызывает поперечную усадку и изгиб заваренной части, создавая в корне шва растяжение. Если шов выполняется на пластинах, которые не могут поворачиваться, то каждый новый слой будет вызывать в корне шва только сжатие. В результате появятся большие сжимающие напряжения о„~ от в корне шва и растягивающие о„м 0,5 о, на поверхности (кривая 2 на рис.
7.13, а), Электрошлаковая сварка, выполняемая за один проход, вызывает в образцах толщиной более 150 — 200 мм объемные напряжения в глубине металла (рис. 7.13, б). Все три компонента напряжений при этом растягивающие, на поверхности о и о. — сжимающие. Такой характер напряжений объясняется сопротивлением основного металла усадке зоны сварного соединения как в продольном направлении, так н по толщине, а также неравномерностью рас- пределения температур при сварке: в глубине металл нагрет сильнее, а на поверхности из-за теплоотдачи — слабее. При остывании центральная часть сокращается сильнее и в ней возникает трехосное растяжение.
Круговые швы на плоскости, с помощью которых вваривают различные круглые элементы (рис. 7.14, а), имеют осесимметричное распределение напряжений, за исключением зоны встречи начала и конца шва. В таком соединении следует различать три основных зоны: внутреннюю 1, среднюю 2 и внешнюю 3. Зона 2 шириной 2Ь„соответствует зоне растягивающих напряжений обычного прямолинейного шва; в ней действуют высокие окружные напряжения ойи близкие к пределу текучести (рис. 7.14, б). Вследствие уравновешенности напряжений оь с напряжениями о, при г = г, и Рис. 7.14.
Распределение напряжений в сварных соединениях с круговыми швами г = г, в пределах ширины кольца 2Ь„(рис. 7.14, а, б) радиальные напряжения пг „, действующие на внешнюю зону 8, всегда больше напряжений а, „, действующих на внутреннюю зону. В низкоуглеродистых и аустенитных сталях зона 2 находится в состоянии пластической деформации, что соответствует условию пластичности о,", + о7, — а,р,, = а,'-', (7.18) На рис. 7.14, б схематично показано несколько возможных распределений (7, П, Ш) эпюр напряжений о,, и ог, в зоне 2.
Напряжения ог, и пг „всегда растягивающие, а напряжение о,,„может быть и растягивающим, и сжимающим. Это зависит от соотношения поперечной усадки в направлении г и окружной усадки. Поперечная усадка соединения вызывает растягивающие напряжения а, и в области 1, и в области 8 (рис. 7.14, в); окружная усадка вызывает в области 3 растяжение напряжением о„, а в области 1 — сжатие. При малых размерах зоны 1 действие поперечной усадки преобладает над окружной усадкой и в области 1 имеем растягивающие напряжения.
Аналогичная картина наблюдается, если зона 1 представляет собой жесткое тело (бобышку) или фланец диаметром до 100 — 200 мм. Сжимающие напряжения о„в зоне 1 возникают при относительно малой жесткости области 3, например при при- варке узкого кольца. Окружное сокращение почти полностью передается на область 1. Точечные соединения имеют о с е с и м м е т р и ч н о е распределение напряжений (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
