Неровный В.М. - Теория сварочных процессов (1043833), страница 86
Текст из файла (страница 86)
В соответствии с закономерностью развития собственной деформации ес и непосредственно ее упругой составляющей есу формируется сварочное напряжение ах (рис. 12.47, 6). Прн этом оно находится в Озответствни с пределом текучести а,зависит* масть которого от температуры приведена на рттс. 12.47, г, н ограничивается его значением (участки 1-2, 3-4 и 8-9 на рис. 12.47, 6).
В диапазоне снижении температур от 600 до 500 "С напряжения а, являются растягивающими. При зтом оии могут достигать предела текучести а,. Объемный зффект фазового превращения приводит к уменьшению с;, т. е, к упругой разгрузке металла (участки 4-5-6 на рис. 12,45, д), в результате которой напряжения а„становятся сжимающими (проходя через нулевое значение). Далее в соответствии с нарастанием собственной деформации сс напряжения от снова переходят в область растяжения (участки 6-7-с)-9). При нормальной температуре остаточные напряжения а„могут достигать предела текучести а,. Разные металлы н сплавы имеют подобные по физическому характеру схемы кинетики развития составляющих деформации и напряжений. Различие зтнх схем связано с разной зависимостью козффициента термического линейного расширения от температуры н с наличием полиморфных н фазовых превращений.
Из приведенных на рис. 12,48 данных следует, что в сталях временные напряжения могут менять знак, остаточные напряжения могут быть -а» 0 от а -а, 0 а»а, -а 0 а 6 а„-а„0 г Рис. 12А(), Кинетики формирования сварочных напряжений в зоне термического влияния: а — углеродистые стили (+о„< от); о - лстироллиныс стали (-о, < от); в — аустсиит- ныс стали (+ о, = о„)г г — А)-сплавы ()) (то, = о,). Т(-силины ( т) (+о„< о,) растягиваюшимн и сжимающими и достигать предела текучести. В аустенитной стали и цветных металлах остаточные напряжения имеют положительные значения, Напряженно-деформированное состояние в высокотемпературной области (шов, юна термическоп) влияния) в процессе охлаждения оцеиившот деформациониыми параметрами, одним из которых является темп деформации, или для определенного относительно узкоп) диапазона темпера- тур: Лс ал = —.
ЛТ' (12.63) При увеличении габаритов свариваемых листов (ширины, толщины) напряженное состояние может быль плоским (двуосным) н объемным (трехосным). Так, при сварке тонкого широкого листа появляется поперечная составляющая собственных сварочных напряжений а, обусловленная поперечной сварочной усадкой Л, „. Знак и распределение напряжения ат (по поперечной оси Щ в центральной части листа имеют тот же характер, что и у продольного напряжения а,. Однако значение поперечной составлятошей а существенно меньше значения продольной соста~- У ляющей а„и зависит от ширины листа и ллины шва. Их различие имеет место на концевых участках сварного шва, где ау< О. Темп линейной деформации поперек оси шва также имеет сжио особенность, определяемую расположением сечения по центру и концевым участкам шва.
В центральной части листа на зтапе охлаждения темп деформации обусловлен линейной поперечной усадкой и монотонно возрастает с увеличением ширины листа. В начале шва при условии сварки по зазору или полного проплавления листа темп деформации может иметь весьма высокое значение (если отсутствуют или не приварены входные технологические планки). Это объ))сняется тем, что к действию линейной поперечной усадки добавляется действие изгибающих моментов, раскрывающих кромки еше не затвердевшего шва на этапе заввергпения его крнстялли'.ицни, Кзгнбавщие моменты Мин воз- НИВЗЮТ ВСЛЕДСТВИЕ П!ЭОДОЛЬНОГО удлинения близлсокиших относительно сва!ючнОЙ ванны слоев металла в результате их нагрева движупвпяся впереди источником нагрева (рис. 12,49). При этом, чем больиге неравномерность распределения максимальных температур нщрева Т в поперечном напрщгленин, а следовательно„больше разни- 7 па в удлинении рядом лежащих слощ тем 60льше значение иэг ля» гнбзющего момента.
Раскрьпне кромок ограничивается кжесткостью» листа (шириной листа -д, 0 В, у Вг), так как менее нщретые Рнс !249 Нлл периферийные зоны листа ока кромок в начале швя (ссчсин~ ! !) зывавт сопротивление дей полажение сечения цснтрштьной „ ти шва (!1-!!). Распределения максимальной температуры по попсрсч- вщот зависимость темпа от В; н ...ки р я;М вЂ” б. в Д' "Р' ЙСЖСГР'"Ум ший момент; д, — ширина листа (рис. 1250) На конечном участке шВВ имеет место аналОгичная ситуация. При применении Входной и выходной планок, прочно приваренньгх к торцам листов н исключающих раскрытие кромок, темпы деформации на разных участках шва становятся практически одинаковымн.
По значениям остаточных напряжений в различных зонах сварного соединения, определенных приведенным выше методом, можно построить их распределение ио любому продольному н поперечному сечениям сварного изделия (см. гл. 11). Как правило, в шве и зоне термического влияния действуют растягивающне 650 Нанряжсиня, а В ПсрйфсрнйНОЙ ЧВС" оя ти основного металла — сжимаю- ! шне. Эпюры остаточных сварочных напряжений являются взаимно ояр "-- уравновешенными по сумме н моменту. Суммирование приращений 'и локальных баз дает возможность определить перемещения различ- ил'л л ных точек (плоскостей) сварного нулевой точки (плоскости).
СваРка листов в незакРеплен- „д„сгнны (шнрниы В,). ном, свободном состоянии выпол- ! „,„„„- „,„ш . ц няется при изготовлении сварных не»трель»ма участок шня; а заготовок, которые в дальнейшем нрнтичсскнв теми яебилияяш арн котором абрягуинся горячие используются при монтаже сложных по форме сварных конструк- „нячеинй ширины илясчним, ири ций.
В этом случае часто сварными которыя сбрятуииси горячие швами соелнняют жестко закреп- трешиим ленные элементы. При этом собственные напряженна дополняются составляющей, обусловленной затрудненной поперечной сварочной усадкой. Эта составляющая зависит от жесткости закрепления свариваемых элементов и удельной погонной энергии и может имать большие значения, равные пределу текучести материала.
Физическая природа образованна поперечной составляющей сварочных напряжений (о,) при,менительно к сварке узкой (в направлении осн шва Ох) жестко закрепленной пластины с одновременной укладкой шва пронллюстрована схемой на рис. 12.51. Нереализуемое перемещение боковых граней пластины прн нагреве в процессе укладки шва (0-1) приводит к остаточной пластической деформации укорочения пластин. Соответственно прн охлаждении имеет место нереализуемое перемещение этих граней укороченных пластин (0-2), соизмеримое с (0-1). Это приводит к обраюванию растягнваюшнх поперечных сварочных напРЯженнй + Оу Приблизительную оценку О.
можно получить по соотношениям: 65! ттпса = 1 — — * (12,65) пт ср 66* глс Š— модуль упругости, 8; . парзмстр жесткости затсрсшза ння свариваемых элементов (расстОяннс От цснтрз швз до закреплення); от и ср — соотРие. 13.51, Схема й~ Ветствснно коэффициент тс)3- , Схема образовании по- мического линейного расшнреперечной составляющей сварочных иия н уде ння и удельная тнтьсмная теплосм кость; о — тОлшина, 01(тб трулненной поперечной сварочной удельная погонная энсргня; А:= усадкой о = 0,8...1,2 — зкспернментальд, — пвпвмет~> жесткости звкпецлення НЫЙ КозффицнЕН'Г. сввриваемых нзементов; ьт н 2-2 — не- Раз сл Реализуемые положения терца пластины изделение составляю ОСТВВЛЯЮЩНХ ~™"ы сварочных напряжений на собственные и от затрудненной усздкн яВляется Весьма условным, так как в обоих случаях напряжения обусловлены усадочными процсссамн и рыличаются только условиями ограничения нх развития.
стные и пластические свойства материала с парамстрамн напряженно-деформированного состояния, создаваемого технологическими нагрузками. Условием обеспечения технологической прочности является слелующее; в каждый текущий момент технологического цикла значения параметров деформационной способности нли сопротнвления материала разрушению должны превышать знзчення соответствующих параметров напряженно-деформированного состояния.
Нарушение этого условия прнводнт к разрушению материала, например при сварке — к образованию различного типа трещим: горячих, холодных, ламелярных и др. 12Л0,2. 1'орячие трещины при сварке Горячие трещины прн сварке — зто хрупкие межкристаллнтиые разрушения шва и зоны термического влияння, наиболее часто возниказощис в твердожидком состоянии при завершении кристаллизации (рис. 12.52), Возможно также Образование горячих трещин в твердом состоянии при высоких температурах иа этапе преРие. 12.52. Вилы горячих трещин В шае н околошовной зоне (1 и 2 — продольные; 3 н 4 — попереч- ные) 12,10, 'г .1 .
Технологическяя прочность металлов црн сварке 12.10.1. Понятие технологической прочности Технологическая прочность металлов н сплавов — это способность сохранять сплошносп в процессе технологических тепловых и силовых воздействий при изготовлении изделий (сва ке, литье об б , обработке давлением н других процессах). Термин был сварке, предложен Н.Н. Прохоровым в связи со случаями разрушения металла сварного шва прн сварке. Технологическая прочность — это «кннетнческнйи параметр, непрерывно изменяющийся с течением времени в зависимости от температуры, агрегатного состояния, фазового состава структуры, скоростных характеристик технологттчсских нагрузок н др тих фактО ф ров. Для суждения о технологической прочности необхолиугих мо в процессе всего технологического цикла сопоставлять прочно- 652 имущественного развития межзеренной деформации.
Потенциальную склонность к образованию горячих трещин имеют все конструкционные сплавы при любых вилах сварки плавлением, а также при некоторых видах сварки давлением, сопровождаюпптхся нагревом металла до подсолнлусных температур. Согласно физической модели процесса, разработанной Н.Н. Прохоровым, горячие трещины образукпся при критическом сочетании значений следующих факторов: — температурного интервала хрупкости (ТИХ) в период кристаллизации металла шва, 'С„ Сплавы в процессе кписталлнзвции имеют ннтерват тем|зпнзур.
названный температурным интервалом хрупкости, в котором значения прочности н пластичности весьма малы, в уазрупмнне имеет хрупкня характер и пронсхолнт по тонам срастания крнставлнтоа или НО тпаннпвм зепен. 1с.н и 6 Ф Рнс. 12.53. Схема процесса образования горячих трещин в сварных швах: а — диегрвмме состокник сплаве (С, — соствв сплевв; Т„, Го Г, „— температуры днквпдусе, равновесного н неравновесного совндусв); 6 — процесс кристведитвцни сварного шве; е — распределение пдвстнчиости Ь (ГИЖ вЂ” темперетуриый интервид хрупкости,' Ь ~ — мнинмввьнек пдестичность в ТИХ; с — интенсивность сварочных деформаций; Ж, тя — иадквк н твердев феты) — минимальной пластичности в ТИХ б;п, %; — темпа высокотемпературной сварочной деформации ст, е(н'С. В начальный период кристаллизации (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
