книги из ГПНТБ / Сагалевич, В. М. Методы устранения сварочных деформаций и напряжений

тельно н составляет при скорости десрормирования

28 м/с 7%, при 7 м/с — 28,5%.

Увеличение пластических свойств сварных соедине­ нии при высокоскоростной проковке относительно про­ ковки с обычными скоростями вызвано частичным раз­ упрочнением деформированного материала вследствие температурного эффекта.

Ударная вязкость шва в меньшей степени зависит от скорости деформирования, хотя и для нее наблюдается тенденция к уменьшению при снижении скорости нагру­ жения. Некоторое снижение ударной вязкости в околошовиой зоне при высоких скоростях деформирования относительно обработки с меньшими скоростями свиде­ тельствует об увеличении деформации не деформиро­ ванной зоны с ростом скорости нагружения.

Испытание образцов из рассматриваемых материа­ лов после высокоскоростной проковки в сочетании с по­ следующей термообработкой показало полное восста­ новление пластических свойств деформированных сты­ ковых сварных соединений при незначительном повыше­ нии прочности. Такие же результаты получены и при измерении твердости на приборе Виккерса на образцах из сплавов МА2-1, ВМД-3 в состоянии после сварки и высокоскоростной проковки с последующим отжигом. На сплаве 01911 разупрочненный после сварки металл шва в результате проковки нагартовывается до уровня прочности основного материала.

Кроме стандартных механических испытаний для оценки влияния проковки, выполняемой с целью устра­ нения сварочных деформаций и уменьшения напряже­ ний при работе конструкций в условиях сложнонапряжениого состояния, производили испытания деформиро­ ванных плоских сварных образцов на прочность мето­ дом гидростатического выпучивания через круглое от­ верстие.

Применение высокоскоростной проковки (24—26 м/с) для всех исследованных материалов повышает несущую способность сварного соединения по сравнению с про­ ковкой со скоростями деформирования 7—8 м/с. При этом в магниевых сплавах МА2-1 и ВМД-3 при скоро­ сти деформирования 24—25 м/с наблюдается даже уве­ личение конструктивной прочности относительно непрокованных сварных соединений. Сочетание высокоско­ ростной обработки этих сплавов с последующим отжи­

90

гом дает дополнительный прирост несущей способности сварных соединений. Характер разрушения магниевых сплавов не зависит от скорости деформирования шва и подобен характеру разрушения сварных недеформированных образцов. Во всех случаях разрушение испыты­ ваемых соединений происходило в результате исчерпа­ ния пластичности металла в переходной зоне в месте концентратора, создаваемого усилением шва. При на­ гружении алюминиевых сплавов характер разрушения также ие зависит от скорости удара при проковке, но отличается от разрушения недеформированиых сварных соединений. У пагартоваиных алюминиевых сплавов разрушение проходит поперек шва и является следстви­ ем исчерпания пластичности в результате проковки шва. У недеформированиых — по линии сплавления, т. е. ана­ логично разрушению магниевых сплавов. Искусственное старение после высокоскоростной проковки на сплавах Д20-1, 01911 несколько снижает их несущую способ­ ность в условиях двухосного растяжения с одинаковыми компонентами.

Таким образом, высокоскоростная проковка шва, выполняемая с целью устранения сварочных деформа­ ций и уменьшения напряжений, ие приводит к сущест­ венным изменениям механических свойств сварных со­ единений из сплавов МА2-1, ВМД-3, 01911, Д20-1 и мо­ жет быть рекомендована для применения на производ­ стве.

УСТРАНЕНИЕ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В КОНСТРУКЦИЯХ

При применении высокоскоростной проковки для правки сварных конструкций целесообразно не созда­ вать специализированные стенды, а вести проковку на существующем сварочном оборудовании. Устранение де­ формаций непосредственно на сварочном стенде не толь­ ко уменьшает затраты на оборудование, но и высвобож­ дает производственные площади. Особенно перспектив­ на в этом отношении проковка швов с проплавом, исключающая повторную установку конструкции на сва­ рочный стенд.

Однако при использовании сварочного оборудования для проковки возникает ряд сложных вопросов. Во-пер­ вых, возможно ли вести проковку на существующем

91

сварочном оборудовании, достаточна ли его жесткость, Во-вторых, какое влияние иа величину минимальной удельной энергии деформирования, при которой дости­ гается устранение сварочных деформаций на плоских образцах с прямолинейным швом без проплава, окажет изменение условий проковки (проковка шва с пропла­ вом, наличие формирующей канавки), а также проковка непрямолинейных швов '(круговых, кольцевых и др.).

В некоторых случаях условия проковки оказывают влияние на величину минимальной удельной энергии деформирования. Так, для устранения деформаций сварных соединений из сплавов МА2-1, АМгбМ иа пло-

Рнс. 38. Схема выполнения высокоскоростной проковки на

а — схема устройства;

92

ской подкладке с проплавом требуется минимальная удельная энергия деформирования на 10—20% меньше, чем при проковке стыкового соединения с удаленным проплавом. При проковке на подкладке с формирующей канавкой минимальные значения удельной энергии для этих сплавов увеличились на 10%.

устройстве СВПШ-1 [24]:

б — схемы проковки

93

Г л а в а IV

УСТРАНЕНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ ПРИЛОЖЕНИЕМ АКТИВНЫХ СИЛ И ВИБРАЦИЕЙ

МЕХАНИЗМ ВОЗДЕЙСТВИЯ АКТИВНЫХ СИЛ ПРИ СВАРКЕ, ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ

пластических деформаций на величину, равную пласти­ ческому укорочению, происходящему при сварке. Это удлинение может быть осуществлено растяжением либо после сварки, либо в процессе сварки. Последнее яв­ ляется более предпочтительным, так как растягиваю­ щие усилия, действующие иа области нагретого метал­ ла, способствуют протеканию пластических деформаций удлинения, обратных сварочным. Кроме того, уменьше­ ние площади сопротивляющегося растяжению сечения при нагреве в процессе сварки способствует протеканию пластических деформаций удлинения и в зонах, распо­ ложенных за пределами области пластических дефор­ маций [2, 37].

Сущность способа рассмотрим сначала на примере сварки листов одинаковой ширины встык, хотя, по мне­ нию большинства исследователей, наиболее рациональ­ ная область применения метода активных сил — устра­ нение деформаций изгиба при несимметричном относи­ тельно нейтральной осп сечения расположении сварных

перед сваркой приложено усилие, создающее напряже­

э>

При сварке в активной зоне, т. е. в зоне пластиче­ ских сварочных деформаций Ь0, напряжения ар редуци­ руют, благодаря чему увеличиваются напряжения в остальной части пластины, не ослабленной нагревом. Они становятся равными:

Если пластина широкая, т. е. b^>(5~6)bo, то изме­ нение напряжений от нагрева в практических расчетах можно не учитывать.

62д)

ѳ

2

Рис. 39. Схема образования напряжений в пластинах со стыковым швом при действии активных сил

Для определения ширины зоны пластических дефор­ маций bо может быть использована зависимость

расчетная ширина h составляет не более 35 см, при руч­ ной сварке — не более 25 см. Для стыковой сварки двух

96

в активной зоне остаются напряжения п'= ат—о'р, дей­ ствие которых эквивалентно растягивающему усилию:

Очевидно, что снижение величины напряжений в зоне, определяющей деформации потери устойчивости от

напряжении сжатия, будет зависеть от отношения — ,

так как в случае отсутствия активных сил напряжения Ог будут равны:

делится соотношением

Если приложить перед сваркой к листам напряжения растяжения стр = 0,5ат, то остаточные напряжения сжа­

Соотношение (20) показывает, что снижение напря­ жений сжатия происходит и в том случае, если растя­ гивающих усилий не прикладывают, а пластины просто закреплены от свободных продольных перемещений.

Положив в (20) а'р=0, установим, что напряжения ежа-

Наиболее эффективен метод растяжения для листо­ вых конструкций небольшой ширимы, в частности из­ вестны случаи его промышленного применения для свар­ ки профильных элементов и сварки ребер жесткости с листами. В этих случаях распределение напряжений растяжения по сечениям может считаться равномерным и растягивающее усилие Р определится как

Возможны три варианта приложения усилия к сва­ риваемым элементам (рис. 40): 1) усилия равномерно передаются через кромки деталей, которые в процессе нагрева и охлаждения не имеют возможности переме­ щаться (рис. АО, а). В этом случае при растяжении а'р и Стр равны между собой, так как основное условие при­ ложения активных сил — постоянство деформации; 2) усилие Р изменяется в процессе нагрева и охлажде­ ния (рис. 40,6); 3) усилие Р неизменно в течение всего цикла сварки (рис. 40, ß).

При сварке широких листов обычно нет необходи­ мости осуществлять растяжение по всей ширине. Уси­ лие (в кгс) должно быть приложено по оси сварного шва, а для его ориентировочного определения приме­ няется эмпирическая формула

Р = 600М, (22)

98

где А — площадь поперечного сечения сварного соеди­ нения, см2.

Коэффициент k равен 1 в случае принципиальной схемы, соответствующей рис. 40, а, 0,5 — рис. 40, б, 0,3—

рис. 40, в.

Пример. Определить необходимое растягивающее усилие, принимая во внимание условие потери устой­ чивости листов при сварке, для следующего случая: два листа толщиной 6 = 0,15 см, длиной 100 см и шириной

жение U= 17 В и сила сварочного тока / = 90 А. Расчет­ ная ширина листа /і = 30 см.

А. Расчет напряжений. Для расчета ширины пласти­ ческой зоны определяют предварительно эффективную мощность

q = Uh] Ä 1520 Дж/с

при эффективном к. п. д. г) = 0,7. Ширина зоны пласти­ ческих деформаций по формуле (14)

Напряжения сжатия в околошовной зоне не должны превышать критической величины акр, определяемой из условий потери устойчивости листа по формуле

99