Том 1. Прочность (1041446), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Возникают дополнительные перемещения. 3. В процессе изготовления, транспортировки, монтажа и эксплуатации сварных деталей с остаточными напряжениями собственные напряжения складываются с напряжениями от'различных внешних нагрузок. Из-за этого происходят пластические деформации, которые дополнительно возрастают при неблагоприятных температурных условиях и изменяют размеры деталей. 4.
Растягивающие остаточные напряжения снижают вибрационную прочность сварных конструкций. Если они действуют в зонах, где есть концентрация напряжений и неоднородность механических свойств, то там в первую очередь возникают разрушения от усталости. Степень отрицательного влияния растягивающих напряжений зависит от уровня эксплуатационных напряжений и коэффициента концентрации напряжений. Чем выше рабочие напряжения и чем выше концентрация напряжений, тем меньше доля влияния растягивающих напряжений, и, наоборот, при невысоких рабочих напряжениях и малых концентрациях напряжений относительное отрицательное влияние растягивающих остаточных напряжений обнаруживается сильнее.
Объясняется это тем, что остаточные напряжения взаимно уравновешены, и если произошла пластическая деформация, в результате которой они понизились, то соб- ственные напряжения самопроизвольно не восстанавливаются. Поэтому при высоких рабочих напряжениях и высокой концентрации напряжений на первых же циклах нагрузки возникают пластические деформации от суммы рабочих и остаточных напряжений. Кроме того, значительная концентрация напряжений по своему влиянию превалирует над собственными напряжениями. При небольшой концентрации напряжений остаточные растягивающие напряжения сохраняют свой высокий уровень в процессе эксплуатации и увеличивают средние напряжения цикла, тем самым понижая выносливость.
5. Остаточные растягивающие напряжения могут понижать статическую прочность сварных соединений. Степень влияния зависит от свойств металла, его деформационной способности, уровня концентрации напряжений, предварительной пластической деформации металла. Если металл при рассматриваемой температуре мало чувствителен к концентрации напряжений и не испытал большой предварительной пластической деформации, то остаточные растягивающие напряжения не влияют на статическую прочность. В противном случае даже сами собственные напряжения могут вызвать самопроизвольные разрушения.
Статическая прочность высокопрочных сталей с невысоким К~,/о, при наличии остаточных напряжений, близких к а„и острых концентраторов может существенно снижаться. Стали невысокой прочности, находясь в области температур вязкого состояния металла, практически нечувствительны к остаточным напряжениям.
Исключение составляют случаи, когда в процессе сварки возникают очень большие пластические деформации, например в корне многослойного шва значительной толщины. Из-за пластической деформации металл изменяет свои свойства и имеет низкую деформационную способность, Стали невысокой прочности, находясь в области температур хрупкого или полухрупкого состояния, особенно если они испытали в процессе сварки деформационное старение, становятся крайне чувствительными к растягивающим остаточным напряжениям (см.
гл. 5). На рис. 9.1 показано резкое падение прочности сварных образцов по мере перехода в область температур хрупкого состояния металла. Образец состоит из двух собранных с очень малым зазором пластин, к которым тавровым соединением приварены с двух сторон ребра длиной 220 мм и толщиной 16 мм. В ребре в зоне, расположенной у стыка пластин, возникают деформационное старение и высокие остаточные напряжения.
Остаточные напряжения, возникающие в глубине металла при сварке деталей толщиной более 150 — 200 мм, могут быть растяги- 232 вающими по всем направлениям. В этом случае, несмотря на высо- кий уровень отдельных компонентов напряжений, пластическая деформация не будет возникать вследствие малой интенсивности напряжений: о; = Я(о, — о,)'+ (о, — оз)а+ (о, — о,)'1/2.
(9.1) так как разности напряжений, входящие в формулу, малы. Возни- кает так называемая жесткая схема напряжений, при которой отдельные компоненты могут существенно превышать уровень предела текучести металла. Кроме того, металл большой толщины менее однороден, чем тонкий; в нем могут быть скопления неметал- лических включений, рыхлоты. Разрушение может произойти, когда напряжения достигнут критического уровня, который зависит от харако тера скопления микро- и — ~оп м акр одефектов и свойств металла. о 6. Сжимающие остаточные напряжения понижают о местную устойчивость тонкостенных элементов сва - Рис. 9.!. Изменение предела пРочности сваР- ных крестовых образцов в зависимо"ти от ных конструкций.
При температуры суммировании рабочих и остаточных напряжений потеря устойчивости может возникнуть при нагрузках меньше расчетных, а в некоторых случаях— даже от остаточных напряжений. 7. Коррозионное растрескивание, а иногда и процессы корро- зии усиливаются под влиянием остаточных растягивающих напря- жений как первого, так и более высоких родов. 8. Как будет рассмотрено в гл. 10, остаточные растягивающие напряжения являются необходимым условием появления так назы- ваемых холодных трещин в закаливающихся сталях.
Они возни- кают непосредственно после сварки в процессе вылеживания свар- ных конструкций. 9. Остаточные напряжения являются носителями энергии упру- гой деформации. При одноосных напряжениях энергия, запасен- ная в единице объема, пропорциональна квадрату напряжения: гаа (9.2) У, = оз/(2Е). Так как напряжения максимальны в зоне сварных соединений, то значительная часть энергии сосредоточена там. Начавшееся по каким-либо причинам разрушение в дальнейшем поддерживается энергией остаточных напряжений.
Трещина может распространиться на значительную длину, сделав невозможным последующий ремонт разрушившейся детали. Энергия остаточных напряжений усиливает динамику процесса разрушения, увеличивает скорость 233 движения трещин и способствует переходу от вязкого разрушения к хрупкому. Перемещения, вызываемые. сваркой. Отрицательное влияние перемещений может обнаруживаться непосредственно в процессе изготовления сварной конструкции.
1. Перемещения свариваемых деталей создают деформации в зоне кристаллизующегося металла и могут привести к образованию горячих трещин (см. гл. 10); 2. Во время сварки в ряде случаев возникают перемещения в зоне формирования сварного соединения, При электрошлаковой сварке изменение зазора изменяет скорость сварки. Сварочный зазор может закрываться или открываться в таких пределах, что процесс может даже прерваться. При дуговой сварке тонкого металла из-за потери устойчивости возникает прожог листов. В результате перемещений при сварке кромки листов смещаются по толщине и образуют ступеньки. При сварке нахлесточных соединений возникшие ранее остаточные перемещения не позволяют деталям плотно прилегать друг к другу и сварка углового шва ведется в этом случае по зазору, что приводит к затеканию металла в зазор.
Чтобы обеспечить соединение листов, необходимо завышать катет шва; При автоматической сварке угловых швов возможно даже их несплавление. При шовной сварке из-за ранее возникшей волнистости металл набегает впереди роликов и возникает непровар. 3. Перемещения элементов при сварке затрудняют последующий процесс сборки деталей между собой, а иногда делают ее невозможной без проведения дополнительной правки. Например, после сварки тонких листов (з ~ 4 мм) их приходится править, так как отклонения от плоскости велики и не позволяют проводить качественную сборку. Если тонкостенные оболочки имеют кольцевые швы, выполненные вблизи края, то это приводит к местному изменению диаметра и при последующей сборке таких оболочек друг с другом возникает ступенька, что обычно недопустимо. При поузловой сварке часто возникают затруднения из-за несовпадения посадочных и присоединительных размеров собираемых после сварки узлов вследствие возникших перемещений.
Искажения в пространстве бывают иногда настолько существенны и сложны, что приходится подгонку отдельных мест осуществлять вручную, а в некоторых случаях вынуждены проводить предварительную полную сборку, что уменьшает возможности механизации и автоматизации сварочного производства. 4. Из-за возникающих от сварки перемещений приходится назначать завышенные припуски на механическую обработку, чтобы иметь возможность обработать все предусмотренные чертежом поверхности. На рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
