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

2 . Стоимость оборудования, обслуживания и ухода за ним невелика.

3. Процесс снятия сварочных напряжений протекает быстро (так, максимальная продолжительность обра­ ботки наиболее крупной детали массой 50 т составляет

0,5 ч).

способа, используемом оборудовании, а также некото­ рые результаты его исследований.

В результате исследований установлено влияние чис­ ла циклов при определенных переменных напряжениях на степень понижения остаточных сварочных напряже­ ний в образцах из низколегированной стали. На рис. 45 показано влияние числа циклов нагружения на остаточ­ ные напряжения при действии переменных напряжений

с 24 до 10 кгс/мм2.

110

линии упругости на всем протяжении действия нагруз­ ки и немного уменьшается к концу (Д В )— эффект Bay — Шингера.

Последующие нагрузки заставляют материал прини­ мать такие параметры, пока ие образуется стабильная петля гистерезиса С'ЕВ"Е'С'.

Таким образом, если учесть, что в исходном состоя­ нии величина остаточных напряжений соответствует напряжениям ал, то после вибрации величина напря­ жений соответствует of., а снижение остаточных напря­ жении равно разности аЛ—Ок-

Конечный результат вибрации является функцией величин переменных напряжений и характеристик упру­ го-пластических свойств материала при циклических нагружениях (циклически упрочняемый или разупрочпяемый материал).

Необходимым условием, при котором наблюдается снижение остаточных деформаций, является достижение предела текучести при вибрации сочетанием остаточных напряжений и напряжений, вызванных приложением пе­ ременных нагрузок.

Величина предела текучести при циклическом нагру­ жении для некоторых материалов может быть снижена в 2 раза по сравнению с пределом текучести при ста­ тическом нагружении, в связи с чем при сравнительно небольших величинах пульсирующих напряжений на­ блюдается сокращение остаточных напряжений.

В зависимости от материала предел текучести при знакопеременной нагрузке может быть либо выше (ци­ клически упрочняемые материалы), либо ниже (цикли­ чески разупрочняемые материалы) предела текучести при статической нагрузке.

Степень снятия остаточных напряжений можно опре­ делять по кривой о—в материалов (по величине за­ данной знакопеременной нагрузки и общего остаточно­ го напряжения). Величина уменьшения остаточных на­ пряжений является функцией воздействующих напря­ жений. Наибольшее уменьшение напряжений происхо­ дит при первом цикле; последующее уменьшение оста­ точных напряжений имеет место в следующих 1 0 0 цик­ лах и относительно небольшое уменьшение происходит при большом числе циклов.

При испытании крупногабаритных сварных конструк­

112

ций вибрационное снятие напряжений наблюдается в. отдельных локальных зонах.

Томас Д. Келсо приводит описание специального обо­ рудования для снятия остаточных напряжений вибриро­ ванием. Отличительной особенностью оборудования яв­ ляется наличие автоматической системы, позволяющей вводить деталь в резонанс и поддерживать резонансную частоту в процессе вибрирования. Автор приводит зави­ симость времени вибрирования от массы детали при мощности электродвигателя 1 л. с. Так, для деталей; массой 9 т время вибрирования составляет порядка 15 мин. Способу смятия остаточных напряжений вибра­ цией присущи также определенные недостатки, к числу которых можно отнести: 1 ) зависимость эффективностиспособа от материала и формы детали. Способ ие при­ меним для деталей, у которых резонансная частота выше, чем частота вибратора (короткие детали с боль­ шими моментами сопротивления); 2 ) необходимость в- подкладках из резины или пенопласта, на которых должна находиться деталь.

Обзор зарубежных исследований показывает, что в- большинстве из них вопросы снятия остаточных напря­ жений рассмотрены скорее с количественной, чем с ка­ чественной стороны. О влиянии числа циклов нагруже­ ния и эффективности способа высказываются противо­ речивые мнения. В целом на механизм вибрационного способа снятия остаточных напряжений и, особенно, на его количественное выражение взгляды отдельных ав­ торов не совпадают. Это, вероятно, можно объяснить отсутствием толкования механизма процесса с физиче­ ской точки зрения [16].

Однако способ может быть перспективен, так как обладает рядом существенных преимуществ по сравне­ нию, например, с термообработкой.

СНЯТИЕ НАПРЯЖЕНИЙ и у с т р а н е н и е д е ф о р м а ц и й

ВИБРОНАТЯЖНЫМ СПОСОБОМ

Сущность внбронатяжиого способа правки заклю­ чается в наложении на продольные растягивающие на­ грузки поперечных вибрационных, создаваемых механи­ ческим вибратором, установленным на конструкции в направлении, перпендикулярном плоскости листа, с ча­ стотой, близкой к резонансной.

113

вает создание напряжений растяжения в образце в пре­

для предварительного нагружения. Схема монтажа вибра­ тора с приводным двигателем на раме стенда показана на рис. 47,б. Вибратор состоит из корпуса У, сваренного из алюминиевого сплава, диска 2, на котором закреплены съемные грузы дисбаланса 3. Вращение от приводного двигателя 4 к диску вибратора передается с помощью клиноременной передачи. Крепление вибратора с испы­ тываемым образцам 5 осуществляется с помощью четы­ рех струбцин 7. Горизонтальная составляющая вибра­ тора уравновешивается рычагом 8 и шарниром 6. С по­ мощью такого вибратора возможно создание перемен­

конструкций с развитым поперечным сечением являются величины воздействующих (растягивающих и вибраци­ онных) напряжений в процессе правки.

Экспериментальное определение зависимости оста­ точных деформаций и напряжений от величины растя­

остаточными напряжениями по ширине пластины и ве­ личинами растягивающих и вибрационных напряжений.

чением величины приложенных напряжений растяжения величина остаточных напряжений уменьшается и тем

115

быстрее, чем больше величина наложенных вибрацион­

ных напряжений.

Влияние воздействующих напряжений на степень снижения остаточных деформаций показано на рис. 49, из которого видно, что одинаковый эффект снижения

Рис. 48. Остаточные напряжения в пластане после сварки (1) и при приложении раз­ личных вибрационных (Ошібр) напряжений при максимальных суммарных напряже­

ниях 20 кгс/см2:

деформаций может быть достигнут путем создания на­ пряжений растяжения 2 0 кгс/мм2, приложенных стати­ чески, или наложением на напряжения растяжения ар=

10кгс/мм2 вибрационных стШІср=±3 кгс/мм2. Наибольший спад остаточных деформаций наблю­

дается при напряжениях растяжения 12—-18 кгс/см2, при больших напряжениях эффект вибрирования менее значителен и приближается к чистому растяжению. Это связано, по-видимому, с образованием равновесного поля остаточных деформаций при высоких статических напряжениях.

К числу основных параметров способа, кроме воз­ действующих напряжений, относятся также продолжи­ тельность и частота вибрирования. В случае, если про­ цесс стабилизируется после продолжительного вибриро-

116

вання, т. е. после большого числа циклов нагружения, ом будет носить усталостный характер.

Показателем в оценке влияния времени вибрирова­ ния являлась величина разности остаточных деформа-

остаточных деформации от величин растя­ гивающих и вибрационных напряжении

ций до и после воздействия заданными нагрузками опре­ деленный промежуток времени (рис. 50). Процесс сня­ тия остаточных напряжений стабилизируется в основном

117

тельность стабилизации меньше, чем при низких. Полная стабилизация наступает по истечении 2 мин

(после N —5 -ІО3), поэтому следует полагать, что уста­ лостных явлений в данном процессе не наблюдается. Полученные результаты хорошо согласуются с резуль­ татами работ по исследованию пластичности при пере­ менных нагрузках н исследованиями по снятию оста­ точных напряжений вибрацией, где делается вывод о наибольших остаточных деформациях и напряжениях при циклическом нагружении в первых 1С0 циклах. Та­ ким образом, следует считать оптимальным промежуток вибрирования, равный 2 мин.

Влияние частоты колебаний исследовано в диапа­ зоне частот 10—3000 Гц, при этом интенсивность коле­ баний оставалась постоянной, порядка 2 тс/см2. Иссле­ дования в диапазоне 10—100 Гц проведены с помощью инерционного вибратора.

Для создания колебаний в диапазоне 100—3000 Гц использовали индукционный вибратор. Интенсивность колебаний при использовании инерционного вибратора можно ограничить соответствующим уменьшением вели­ чины возмущающего усилия с увеличением частоты; при использовании индукционного вибратора — ограничите­ лем мощности вибратора. Частота вибрирования не ока­ зывает существенного влияния па эффективность спо­ соба. Данный вывод совпадает с данными работы [16] о влиянии звуковых колебаний на прочность конструк­ ционных материалов ракет и снарядов, где указывается, что на прочность при вибрации основное влияние оказы­ вает интенсивность колебаний, а не частота.

Как видно из приведенных результатов исследований влияния частоты вибрации, значительно большее влия­

виях с помощью механических вибраторов. В связи с этим целесообразно осуществлять вибрацию на часто­ тах, близких к резонансным I или II тона колебаний, при этом потребуются меньшие мощности вибрационных установок.

Число необходимых вибраторов, установленных по длине конструкции, определяется зоной затухания коле-

118

баний от действия одного вибратора. Зоной затухания считается место конструкции, где амплитуда вибрации (стрелка прогиба) составляет меньше 0,3 максимальной амплитуды, в этом месте устанавливается дополнитель­ ный вибратор. Расчет прогибов сравнительно трудоемок,

поэтому требуемое число вибраторов ориентировочно определяют по эмпирической зависимости

_1__

2 0 0 % ’

(25)

где Ш| — амплитуда колебаний конструкции в средней части от действия одного вибратора;

/ — длина конструкции.

Одной из основных причин интенсивности снижения сварочных напряжений при вибрации является изме­ нение механических характеристик в зоне сварки в за­ висимости от характера действия внешних сил. С этой целью были исследованы диаграммы нагружения мате­ риала сварного соединения при действии растягиваю­ щих напряжений с наложенными вибрационными, т. е. экспериментально проверена гипотеза Дж. Воцнея и Дж. Кравмера о снижении пределов текучести зоны упруго-пластических деформаций при действии перемен­ ных нагрузок. Пластины размером 1000X300X3 мм с наплавленным по средней оси валиком подвергали на­ гружению статическими нагрузками и статическими с наложенными вибрационными. При этом фиксировались напряжения в образцах с помощью силоизмерительно­ го устройства машины и деформации с помощью датчи­

119