Том 1. Прочность (1041446), страница 49

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 49)

9.2, а показан полый вал с угловым изломом 0 в зоне кольцевого шва. При значительной длине вала необходимо увеличить толщину з стенки, чтобы можно было провести обточку по всей длине. Рама на рис. 9.2, б имеет пропеллер- ность. Толщина платиков 1 должна быть увеличена, чтобы после 234 механической. обработки верхние поверхности всех платиков лежали в одной плоскости. Это увеличивает расход металла и время на обработку. 5. Некоторые виды перемещений изменяют геометрические ха.рактеристики сечений. Например, появление угла р после выполнения поясных швов уменьшает момент инерции двутавровой балки вследствие приближения краев полок к главной оси поперечного сечения. Изгиб колонн от сварки, окружные сокращения оболочек от кольцевых швов, уменьшение кривизны в оболочках в местах приварки к ним различных элементов создают при эксплуатации более высокие напряжения при тех же нагрузках вследствие появления не учтенных расчетом изгибающих моментов и растягивающих напряжений.

Рис. 9.2. Перемещения в сварных деталях, вызывающие увеличе- ние припуска на механическую обработку 6. Начальные перемещения могут вызывать уменьшение устойавости, в особенности местной. Общая устойчивость изогнутых колонн, сжатых труб с местными деформациями стенок также несколько снижается. 7. В летательных аппаратах, судах, энергетических установках перемещения, искажающие поверхности, которые обтекаются потоками газа или жидкости, увеличивают сопротивление потоку. В деталях машин и механизмов искажения'размеров вызывают увеличение сил трения или даже заклинивание. 8. Значительные отклонения от правильных геометрических форм нарушают требования технической эстетики, ухудшают товарный вид таких изделий, как вагоны, автомобили, суда, предметы бытовой техники. я 2.

Методы уменьшения сварочных напряжений В ос основе известных методов уменьшения сварочных напряжений и искажений форм сварных конструкций лежат три основных способа их регулирования. 1. У меньшение объема металла, вовлекаемого в пластическую деформацию на стадии его нагрева, и уменьшение самой пластической деформации.

2. Создание в зонах пластических деформаций, возникших от нагрева, дополнительных деформаций противоположного знака. Это может быть выполнено как при остывании, так и после полного охлаждения. 3. Компенсация возникающих деформаций и перемещений путем симметричного расположения швов, создания дополнительных зон пластических деформаций, предварительного перемещения, обеспечения свободной усадки и др. Рассмотрим некоторые методы. Подогрев при сварке изменяет поля температуры и сварочных деформаций, а также в ряде случаев и свойства металла, воздействуя на термический цикл. При этом изменяются напряжения, создаваемые структурными превращениями.

В отношении пластических деформаций подогрев, с одной стороны, уменьшает предел текучести, модуль упругости н перепад температур. Это способствует уменьшению максимальных остаточных напряжений. С другой стороны, он расширяет зону пластических деформаций, если тепло- вложение при сварке остается прежним. При подогреве до очень высоких температур, при которых а, мало, остаточные напряжения также весьма малы. П роковка применяется как в процессе сварки по остывающему металлу, так и после полного остывания. Проковкой осаживают металл по толщине, создавая пластические деформации удлинения в плоскости, перпендикулярной направлению удара. Этим достигают уменьшения растягивающих или даже появления сжимающих остаточных напряжений. Эффект от проковки зависит от температуры, количества теплоты, которое выделяется при проковке, и значения пластической деформации.

Если температура в зоне проковки выше, чем в остальном (непрокованном ) металле, то в процессе последующего остывания и температурного сокращения металла сжимающие напряжения будут уменьшаться и могут перейти даже в растягивающие. При холодной проковке нагрев обычно невелик и можно создать высокие сжимающие напряжения. Проковка ведется механизированным инструментом с малыми (до 6— 7 м/с), средними (до 100 м/с) и высокими (более 100 м/с) .скоростями движения бойка.

Проковка маневренна, в этом ее преимущество перед другими методами. Следует опасаться снижения пластичности металла вследствие ее исчерпания при проковке. П ри импульснои обработке взрывом используют заряды ленточного типа, которые укладывают на обрабатываемые поверхности. Взрыв, который проводят в специальной камере, создает напряжения в поверхностном слое. Применяется этот метод как средство повышения выносливости сварных соединений при переменных нагрузках.

При такой обработке происходит перераспределение остаточных напряжений. Прокатка зоны сварного соединения используется главным образом для уменыиения остаточных перемещений или для заглаживания швов. В местах прокатки растягивающие напряжения уменьшаются и могут стать сжимающими. Приложение нагрузок.

Во время сварки нагрузки прикладывают так, чтобы в зоне сварки создать растягивающие напряжения. Это 236 уменьшает остаточные напряжения растяжения и усадочную силу. Если нагружение производится после сварки, необходимо, чтобы напряжения от нагрузки складывались с остаточными растягивающими напряжениями и вызывали пластические деформации. После снятия нагрузки напряжения снижаются.

Для полного снятия напряжения от нагрузкй должны быть близки к пределу текучести металла, что обычно трудно достижимо. Применяют как статическое, так и вибрационное нагружение. В последнем случае напряжения снижаются незначительно, но этого бывает достаточно, чтобы в дальнейшем сумма рабочих и остаточных напряжений не искажала размеров конструкций при эксплуатации. Создание неравномерных нагревов и охлаждений.

Если создать с двух сторон сварного соединения нагретые зоны, как показано на рис. 9.3, а, то металл, расширяясь, вызовет растяжение вдоль шва и сжа- Е/ тие поперек шва (рис. заны нагреаа 9.3, б). Такая схема напряжений благоприятна для протекания пластических деформаций в направлении вдоль шва, что Раэ НЕОбхОДимО ДЛЯ Рис. 9.3. Схема процесса снижения остаточснятия остаточных растя- ных напряжений местным нагревом гивающих напряжений. Перемещая зоны нагрева, как показано стрелкой на рис.

9.3, а, схлаждая металл позади источника теплоты, процесс можно сделать непрерывным. Если создавать концентрированное охлаждение участка с растягивающими напряжениями, то он будет сокращаться и вызывать суммирование остаточных напряжений с растягивающими напряжениями от охлаждения.

Это вызовет пластическую деформацию и последующее снижение остаточных напряжений после выравнивания температур. Местный концентрированный нагрев отдельных зон применяют, чтобы вызвать усадку металла в месте нагрева и создать напряжения сжатия в соседних зонах. Как средство регулирования напряжений он находит ограниченное применение, но для правки конструкций такой прием используют широко (см.

~ 3). Отпуск сварных конструкций применяют для изменения структуры и свойств металла и снижения остаточных напряжений. Применение отпуска для снижения остаточных напряжений целесообразно, если предъявляются повышенные требования к прочности сварной конструкции и точности ее размеров при последующей эксплуатации. Кроме того, иногда целесообразно восстановить пластические свойства в зонах, где концентрировались пластические деформации при сварке, а также повысить сопротивляемость хрупким разрушениям-.

В остальных случаях применение отпуска 237 не рекомендуется из-за удорожания стоимости производства конструкций. Различают о б щ и й отпуск, когда равномерно нагревают изделие целиком; м е с т н ы й — нагревают лишь часть конструкции в зоне сварного соединения; п о э т а п н ы й — источник нагрева движется вдоль конструкции, например трубы или оболочки, и последовательно нагревает ее участки; п о э л е м е н тн ы й — термической обработке подвергают узлы сварной конструкции, а затем сваривают их между собой. Основное достоинство отпуска как метода сниЕр г'с жения остаточных на- пряжений в том, что он 200 не вызывает пластических деформаций, которые бы уменьшали пластичность металла.

хоа Операция отпуска со- 200 стоит из четырех стадий: нагрева, выравнивания 0 температур, выдержки )ли 1я ~ „и остывания. В основном напряжения снимаются на стадии нагрева Рис. 9.4. Снижение интенсивности напРЯжений (рис 9 4) Степень сни а; (сплошные кривые) и трехосных напряжений в сварном соединении большой толщины (пунк- жЕНиЯ напРяжении тирная кривая) висит в основном от до- стигнутой температуры и мало зависит от скорости нагрева. В процессе выдержки происходит дополнительное некоторое снижение напряжений а,, которое происходит в соответствии с формулой от —— о„., (1+ М,)Р, (9.3) где о, — напряжение в начале выдержки, т. е. в конце стадии нагрева; 1 — время выдержки, мин; ~, — постоянная, равная 10 мин; (1 — коэффициент, зависящий от марки стали и температуры, изменяется в пределах от — 0,08 до — 0,16.

Длительная выдержка как средство снижения напряжений не рекомендуется. Более эффективно несколько повысить температуру отпуска. Нужно назначать такую температуру отпуска для снижения напряжений, чтобы исключить возможность охрупчивания стали. Как указывалось выше, при сварке и термической обработке массивных деталей в глубине металла возникают объемные напряжения. Их уменьшение происходит в значительной мере из-за пластических деформаций и релаксации напряжений в приповерхностных слоях, а не в глубине металла. Ползучесть металла на поверхности вызывает перераспределение напряжений, и происходит их снижение во всем объеме тела.

Характеристики

Список файлов книги