Том 1. Прочность (1041446), страница 50
Текст из файла (страница 50)
Следует, однако, иметь в виду, что максимальные напряжения в областях с объемным напряжен- 238 ным состоянием все же в:2 — 2,5. раза выше (рис. 9.4), чем нри одноосной или двухосной схеме напряжений. Увеличение продолжительности выдержки в этих случаях не дает положительного эффекта, так как замедление релаксации напряжений на поверхности является причиной такого же замедленного снижения напряжений в глубине. Температуры отпуска ('С), обеспечивающие снижение остаточных напряжений до уровня (0,05 —:.0,2) о„для различных металлов находятся в следующих пределах: Магниевые сплавы,.....
250 — 300 Конструкционные стали .. 580 — 680 Алюминиевые сплавы.... 250 — 800 Аустенитные стали .... 850 — ! 050 Титановые сплавы ..... 550 — 600 Ииобиевые сплавы .... 1100 — 1200 Подробные сведения о релаксации напряжений при отпуске приведены в книге [24). $3. Методы уменьшения деформаций и перемещений от сварки Меры по уменьшению деформаций и перемещений от сварки предусматриваются на всех этапах проектирования и изготовления большинства сварных конструкций. На стадии раз р а 6 от к и п р оект а нужно принимать такие конструктивные решения, которые бы позволили технологу избежать значительных искажений сварной конструкции и организовать при необходимости правку.
1. Назначают минимальные объемы наплавляемого металла; сечения угловых швов следует принимать по расчету на прочность или в соответствии с рекомендациями о минимальных катетах швов. Площадь поперечного сечения и погонная энергия при однопроходной сварке, усадочная сила и поперечная усадка обратно пропорциональны квадрату катета шва К'. 2.
Используют способы сварки с минимальным тепловложением, например контактной вместо дуговой, многопроходной вместо однопроходной. При назначении вида сварки следует иметь в виду допустимые скорости охлаждения металла и не превышать их. 3. Балочные конструкции проектируют 'с таким поперечным сечением и расположением швов, чтобы моменты, создаваемые усадочными силами, были уравновешены, а углы излома гр от ноперечных швов взаимно компенсировали прогибы, Это обеспечивает минимальный изгиб балок. 4. Следует стремиться к таким последовательностям сборочносварочных операций, при которых моменты инерции и площади поперечных сечений во время выполнения тех или иных швов были по возможности максимальными. Например, последовательное наращивание элементов в сложных конструкциях дает большие искажения размеров, чем сборка всей конструкции на прихватках, а затем сварка.
5. В некоторых случаях целесообразно обеспечить свободное сокращение элементов от усадки, чтобы не вызывать искажений конструкции в целом. Например, нахлесточное, еще ие сваренное соединение позволяет смещаться листам, не передавая остальной части конструкции усадку. Стыковое соединение листов выполняют до прикрепления их к другим частям конструкции, обеспечивая возможность беспрепятственной поперечной усадки швов.
6. В конструкциях с тонкостенными элементами швы располагают либо на жестких элементах, либо вблизи них. ?. Во всех случаях, когда есть опасение, что возникнут нежелательные искажения размеров и формы конструкции, проектирование ведут так, чтобы обеспечить возможность последующей правки. При р а з р а б о т к е т е х н о л о г и и и осуществлении сварки используют следующие мероприятия. 1. Применяют рациональную последовательность сборочно-сварочных операций, которая либо предусмотрена проектом конструкции, либо выбрана технологом в пределах'имеющихся у него возможностей.
Например, конструкцию расчленяют на отдельные узлы, которые могут быть по отдельности легко выправлены, а затем сварены между собой с минимальными отклонениями. Определенной последовательностью наращивания элементов сложной балочной конструкции также можно уменьшить искажения. Сборку целесообразно вести от наиболее жесткого элемента. 2. Назначают экономичные способы и режимы сварки с минимальным тепловложением и таким характером искажений, который безвреден для качества конструкции.
Например, если недопустим излом длинной трубы в зоне кольцевого шва, то применяют многопроходную сварку. Регулированием скорости охлаждения и химического состава металла шва изменяют характер структурных превращений и усадсчную силу, 3. Применяют соответствующую оснастку и приспособления для сборки и закрепления свариваемых элементов. Они особенно эффективны для ликвидации временных перемещений, которые значительны по размеру, но не сопровождаются большими усадочными силами, например прижатие тонких листов при сварке стыковых соединений, закрепление ребер и диафрагм при выполнении угловых швов, удержание листа в плоскости при контактной точечной и шонной сварке, фиксация элементов рамы при сварке ее в углах и перес чениях. 4. Назначают размеры заготовок с учетом последующей усадки, например выставление переменного по длине зазора при электро- шлаковой сварке (рис.
9.5, а), компенсация угла при сварке стыковых соединений (рис. 9,5, б), создание предварительной кривизны балки (рис. 9,5, в) путем выкраивания стенки с кривизной, натяжение Л (рис. 9.5, г) или термическое удлинение Л, стенки двутавра (рис. 9.5, д), чтобы она при последующей усадке не потеряла устойчивости. 5. Предварительной пластической деформацией. заготовок перед сваркой создают перемещения, противоположные ожидаемым при сварке. Например, изгибают полки, чтобы уменьшить грибовид- ность от укладки продольных швов в балке, раскатывают края обечаек перед сваркой кольцевых швов, изгибают в штампах края отверстий в оболочках, чтобы компенсировать последующее перемещение соединения к оси оболочки.
6. Искусственным охлаждением — подачей воды при контактной сварке, обдувом газоводяной смесью при некоторых других способах сварки, использованием охлаждаемых подкладок и накладок в зажимных приспособлениях — уменьшают зону пластических деформаций. 7. Создают в зоне сварки с помощью приспособлений или специальных установок напряжения растяжения (обычно путем изгиба, реже растяжением), чтобы уменьшить усадочную силу. Такой прием используют при сварке балок. 8.
Создают непосредственно после сварки пластические деформации удлинения проковкой металла специальным инструментом или сварочным электродом при точечной контактной сварке. Для правки конструкций после сварки используют различные Ю! механические и терми ческие способы. ю/ Механические способы основаны на создании пластических деформации удлинения с Рис. 9.5. Создание перемещений, противоположцелью компенсации пла- ных сварочным стических деформаций укорочения, вызванных сваркой, и включают гибку, растяжение, проковку, статическое осаживание металла по толщине под прессом для его удлинения в плоскости, вибрацию, прокатку. При этом не стремятся к тому, чтобы обеспечить равномерное уменьшение пластических деформаций и остаточных напряжений в зоне сварного соединения. Необходимо, чтобы усадочная сила, определенная по формуле (8.2), стала близкой к нулю.
Рассмотрим подробно, как происходит устранение деформаций в тонколистовых сварных конструкциях прокаткой зоны сварного соединения цилиндрическими роликами. Прокатка создает пласти-, ческую деформацию металла по толщине и приводит в основном к удлинению металла в продольном и отчасти в поперечном направлении. В подавляющем большинстве случаев остаточные пластические деформации, вызванные сваркой, сосредоточены только в шве и околошовной зоне, т. е. на участке сравнительно небольшой ширины 2Ь„. В остальных частях сварной конструкции деформации упругие. Чтобы устранить деформации во всем изделии, достаточно создать при прокатке пластические деформации, равные по значению, но противоположные по знаку сварочным только в пределах зоны 2Ь„.
9 Г. А. Николаев и др. Прокатка производится стальными роликами шириной 5 — 15 мм. Поскольку удлинение металла в поперечном направлении невелико, то устраняются деформации, вызванные продольной усадкой. На рис. 9.6, а показано распределение напряжений о .
в непрокатанном шве, а на рис. 9.6, б — г — эпюры о, после прокатки в разных режимах. Растягивающие напряжения могут понизиться, оказаться близкими к нулю или даже перейти в сжимающие. Остаточное напряжение а„„ в прокатанной зоне зависит от многих факторов. Связь между напряжениями в металле и параметрами и) Е/ а7' д/ окон г ,) Г1 1-1 2 — 1Г 1Г-"Г ! !1 !! 1 Н вЂ” --4~ + — 4— 1! 1Г !! ! 1 1 „1 1 11 ! ! 11 1! 1 л Рис.
9.6. Изменение продольных напряжений а- при различных приемах про- катки зоны сварного соединения режима прокатки узкими роликами выражается следующей формулой: Р' 6 7Жот (окон — от)~ (пнеч — 1,5окон+0,5пт) (9.4) где Р— усилие на ролики; д — диаметр роликов; Ь вЂ” ширина рабочего пояска роликов; з — толщина металла в зоне прокатки; о, — предел текучести металла в зоне прокатки; Š— модуль упругости; о„,„ — начальные остаточные напряжения в металле перед прокаткой. При известных параметрах режима прокатки и ои„по формуле (9.4) можно определить остаточное напряжение после прокатки.
Формула (9А) справедлива, если а„,и — 0,7 о,. Экспериментально и расчетным путем показано, что для каждого металла при заданных размерах роликов и толщине металла 242 в зоне прокатки существует определенное усилие на ролики Р„ при котором остаточные напряжения, примерно равные до прокатки пределу текучести, снижаются после прокатки до нуля. Утонение металла при этом составляет около 0,5 — 1 %. На основании формулы (9.4), если а„ч ж о„ а о„„ == О, для определения Р, получена формула Р„= Ь | '10,1йо,'!Е. (9.5) 243 Вычисленное по формуле (9.5) усилие на ролики Р„должно уточняться при правке конкретного изделия, Если ширина зоны пластических деформаций, вызванных сваркой, велика, а ролик узкий, то околошовную зону необходимо прокатывать последовательно (рис. 9.6, д), с порядком положения роликов 1 — 5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
