Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 67
Текст из файла (страница 67)
Расчет, как правило, проводят по неизотермической теории течения иа основе модели идеального упругопластическага материала (см. разд. 11.4.2). Существует также метод пластических приближений. На основе приближенного расчета сварочных деформаций па упрощенной модели поведения материала проводят испытания, имитирующие термодеформационный цикл сварки (см. разд. 11.4.3). Полученные в результате этих испытаний напряжения используют при уточняющих рзсчетах в качестве характеристик материала, отражакяцих его реальное поведение с учетом релаксации и упрочнення.
11.5. Тнпнчньзе полн сварочных напри»кеинй 11.5 1. Однопроходная сварка пластин прямолинейным швом При сварке пластин нз малоуглеродистой стали в поперечном сечении сварного шва образуется распределение продольных напряжений, представленное на рнс. !1.7. Рассмотрим подробнее 548 механизм его образования, описанный в разд.
1!.2. Распределение на- и пряжений связано с распределением температур прн прохождении сварочного источника. Часть сечения— 6 пластическая зона шириной 21»„„ (см. рис, 1! .3, а) — нагревается выше некоторой температуры Т, н в ней возникакп пластические деформации укорочения (рис. 11.7, а). Сжимающие временные напряжения в пластической зоне равны прелелу текучести.
Поскольку предел текучести снижается при высоких температурах, в шве и вблизи него напРЯжениЯ близки к нУлю (Рис. Рис 11.7, б). Эпюра уравновешена по дальных ас»атачиых напряжесечению, суммы площадей под па- инй при сварке лрямалииейложителъными и отрицательными "ага ш: е е)х»тура ( ! нага шва: температура (а и временные им»раже™иия (б) при частями графика равны. После остывання часть сечения, испытавшая т чника атачные ивара пластическое укорочение, растяну- кения после астываиия («) та„и напряжения в ней близки к пределу текучести материала. Остальная часть сечения сжата (рис. 11.7, «).
Распределение напряжений в пределах пластической зоны остается таким же и при сварке пластин разной ширины, а также при сварке продольными швами различных профилей проката. За пределамн пластической зоны распределение остаточных напряжений такое же, как от приложения двух «ус«дочных» сжимающих снл па концам шва (показаиы толстыми стрелками на рнс. ! 1.7). Температура Т, и ширина пластической зоны 2!»«я зависят ат жесткости свариваемых деталей. Чем выше жеспюсть и чем больше количество теплоты, введенной при сварке на единицу длины шва, тем шире пластическая зона и больше усадочные силы, действующие на остальную часть сечения.
Распределения продольных напряжений примерно одинаковы во всех поперечных сечениях пластины, удаленных от начала н конца шва иа расстояние, превышакицее ее ширину. Прн прибли- женин к концам шва продольные напряжения убывают, ио в отличие от средней части шва иа концевых его участках возникают значительные поперечные напряжения (даже в пластине„свободной от закреплений), Из условия равновесия концевого участка одной из свариваемых пластин (прямоугольннкаА на рис. 11.8) следует„что изгибающий момент, создаваемый продольными напряжениями на левой стороне прямоугольника должен быть уравновешен моментом от поперечных напряжений на его нижней стороне, так как остальные две стороны прямоугольника проходят по наружному контуру пластины и свободны от нагрузки.
Рнс. П.й. Поперечные остаточнмс напряжения при болылой скорости сварки Во время сварки в шве и вблизи него возникают сжнмаощне напряжения, а вдали от шва — растягивающне (см. рис. !1.7, б), т. е. на левую сторону прямоугольника действует момент, направленный против движения часовой стрелки.
Следовательно, на конце шва должны дейспювать растягиваюшие напряжения, уравновешивающие этот момент. Эти напряжения могут стать причиной возникновения продольной трещины на конце шва. После остывания знаки напрюкений изменяются на противоположные. Продольные напряжения в шве становятся растягиваю- шими, а на краю пластины — сжимающими (см. рис. 11.7„С).
При этом эпюра поперечных остаточных напряжений приобретает вид„ показанный на рнс. 11.8 (у юнца шва возникает сжатие). Такое распределение напряжений возникает при большой скорости сварки, когда нагрев и остыванис всего концевого участка шва происходят практически одновременно. Прн уменьшении скорости сварки картина изменяется и в конце шва могут возникнуть растигивающие поперечные остаточные напряжения, 11.5.2. Влияние нееднеродности свойств материала на распределение сввречиы х напряжений При сварке различных материалов с однородными свойствами, как правило, возникает распределение напряжений, аналогичное рассмотренному в разд. 115.! Лля малоуглеродистой стали.
Экс- пернмеиты пока~ахи, что такое распределение Ос~~точны~ напряжений характерно лля аустенитных сталей, а также для ряда титаИОВых и алюминисВых сплавОВ. Картина изменяется при неоднородности свойств материала (если материалы шва и различных участков зоны термического Влияния отличаются по свойствам друг От друга и От основного материала свариваемых деталей). Причиной этой неоднородности может быть как несовпадение химического состава, так и различные условия нагрева и остывания в процессе сварки. Неоднородность свойств может быть предусмотрена технологией сварки нли является следствием ее нарушения. 1(а распределение сварочных нап яжений сильнее всего Влияет различие коэффициентов линсйнапр ного расширения и пределов текучести материалов в смежны нах сварного соединения.
рассмотрим влияние этих факторов подробнее. 1. Поскольку первопричиной сварочных напряжений является лы (11,3) свободная температурная деформация ео, то нз формулы (, ) следует, что увеличение коэффициента линейного расширения а зквиВалснтнО дополннтель" ному нагреву соответствующей зоны материала. При с,(Т) этом уровень пап рвкений может существенно повыситься, особенно при резком Ф-П перепаде значений а в близ- (T еа( ,корасположениых зонах ма- А териала, В таком неодиороднОм мкгсрналс, назыВасмом М„М„~ш ~сз т биметаллом„напряжения возникают даже пРН его Равно- Ри 119 Л„„ мсРнОм нагРсве В печи. температурных деформаций (лияато. При сварке феррито-перлитной грамма) стали, испытывающей фазостали(рис. 11.9) аустенитным аме превращения при нагреве и ох- лаждении: Ф-П вЂ” феррвто-перяит, электродом следует иметь в виду, что коэффициент линейного расширения а аустенита примерно на 30 % выше, чем у феррито-перлигной смеси, поэтому такое сварное соединение ведет себя как бимегалл.
2. П одной и той же температуре плотность аустенита выше, Рн чем плотность перлита. Превращение перлита В аустенит н рат- нос превращение сопровождаются изменением объема (см. н . 11.9 . . ). Если превращение происходит при высокой температуре, Рис. когда предел текучести мал, то оно не вызывает заметного изменения сварочных напряженпй.
Но распад аустеиита в процессе остывания прн температуре ниже 500 'С эквивалентен резкому нагреву зоны преврагнення н полностью изменяет распределение напряжений, показанное на рнс. 11,7, Металл в зоне закалки 2, испьгившнй при нагреве превращение в аустеннт, в процессе охлаждения пре- вращается в мартенсит (рис.
! 1,10). 2 1 Прн этом вместо обычного сокращения при остыванин происходит рас- З ширение металла н в нем возникают ах сжимающие напряжения. В осталь- У ных зонах (! и 3) этих превращений не происходит: в легированном шве сохраняется постоянная аустеиитная Рис. 11.19. Оста структура, а за пределамн зоны за- . Остаточныс на- калки сохраняется походная перлитролнстой стаяв, сваренной лряжсння в пластине нз угле- ная структура, так как нагрев этой аустеиитным швом: варенно зоны недостаточен для превраще- ний.
Поэтому в шве и за пределами 1 — шоа (аусзеннт), 3 — зона за- закалениой зоны возникают при остывании и сокрашенип метахла растягнваюшие напряжения. В результате образуется сложная эпюра нз чередующихся полос растяжения и сжатия. 3, Как следует из рис. 11.7, в пластической зоне сварного шва после остывания возникают напряжения, близкие к пределу текучести. Аналогичные эпюры характерны для большинства материалов, не нспытьвающих превращений при невысокой температуре. Снижение предела текучести в какой-либо зоне материала приводит к соответствующему снижению остаточных напряжений в этой зоне.
Однако на границе шва с основным металлом иногда возникают упрочненные (закаленные) зоны с высоким прелелом текучести. Остаточные напряжения в таких зонах, близкие к этом п ределу текучести, могут в несколько раз превышать предел теку- у чести основного металла сварного соединения. 11.5.3, Круговые швы и точечнан сварка пластин Во время сварки кругового шва так же, как при сварке прямолинейного шва, возникает зона пластических деформаций укорочения, ширина которой равна дна (рис. 11 11).
Укороченне металла 552 Рис. ! 1.11. Остаточные напряжения прн сварке кругового шаа 1' при нагреве возникает под действием сжнмакнцих окружных напряжений ол < О, направленных вдоль оси шва. При этом снаружи от шва возникает сжатие в радиальном направлении и Растяжение в окружном (о,т < О, ал~ 0). После остывання картина изменяется (см. Рис. 11.11). В пластической зоне шва действуют растягнвающие окружные напряжения о„, близкие к пределу текучести. Снаружи от шва действуют растягнвающие напряжения в радиальном направлении и сжимающие — в окружном.
Внутри круга, ограниченного пластической зоной шва, радиальные н окружные напряжения равны. Распределение напряжений, за исключением замкового участка (па 'котором замыкаются начало и конец шва) близко к осесимметричному, т. е. одинаковое в любом радиальном сечении. Из условия равновесия следует, что радиальное н окружное напряжения в каждой точке связаны уравнением "(по ол ои (! 1.25) где Я вЂ” радиальная координата точки. Из рис.
11.11 следует, что в пластической зоне о„> о, В этой зоне о,„растет при удалении от центра окружности шва. Внутри окружности компоненты напряжения равны и не зависят от радиуса. По мере увеличения радиуса окружности шва радиальные напряжения уменьшаются, а эпюра окружных напрвкений прнблн- жается по виду к эпюре продольных напряжений у прямолинейного шва (см. рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
