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

подкладки при прокатке предотвращает выход металла околошовной зоны из плоскости листа, способствует ста­ бильности сдвиговых деформации в плоскости сварного соединения и повышает надежность эффекта упрочнения. При этом деформации потери устойчивости после про­ катки по этой схеме не превышают сварочных.

Рис. 16. Механические свойства сварных соединений в зависимости от усилия на ролике (материал АМгб нагартованный, 6=2,8 мм):

/ — ств основного материала; 2 — ов сварного соединения; 3 — угол изгиба поперек шва

Основные закономерности, установленные для алю­ миниевых сплавов, в принципе справедливы и для ста­ лей. Опытные работы по упрочнению сварных соедине­ ний стали Х18Н10Т, нагартованной до ов~1Ю кгс/ммг и имеющей ов сварных соединений 55—56 кгс/мм2, сви­ детельствуют о том, что с увеличением усилия обжатия происходит монотонный рост предела прочности сварных соединений. Прокатка шва и околошовной зоны роликом диаметром 80 мм, шириной пояска 10 мм при усилии 5 тс позволяет увеличивать предел прочности соедине­ ния толщиной 3 мм до 85—90 кгс/мм2. При усилии 8 тс достигается прочность основного материала.

Для сталей, упрочняемых старением (Х15Н9Ю, Х17Н5МЗ, Х15Н5Д2Т и др.), после сварки прочность существенно (до 40%) снижается. Восстановить ее пол­ ностью можно прокаткой с последующим старением. При прокатке сварного соединения стали Х15Н9ІО тол­ щиной 1,1 мм при усилии 4 тс с последующим старением предел прочности увеличивается с 85 до 130 кгс/мм2, т. е. до предела прочности основного полунагартованиого

50

материала (рис. 17), подвергнутого старению. Во избе­ жание деформаций потери устойчивости прокатку необ­ ходимо производить при закрепленном сварном соеди­ нении в рамке или на подкладке. В этих случаях для достижения эффективных результатов требуется повы­ шенное давление.

кгс/нм*^

ПО

120

710

100

90

80

70

60

60

40

30

Механизм упрочнения и оценка сдвиговой деформа­ ции в зоне шва. При перекатывании роликов по усиле­ нию шва перед ними перемещается волна металла шва и переходной зоны, сдвигая шов относительно основного металла. В результате сдвиговой деформации шва и околошовной зоны в отожженном металле вновь восста­ навливается наклеп или происходят фазовые превраще­ ния с выпадением упрочняющей фазы, например в Х15Н9Ю. Для оценки эффективности упрочнения около­ шовной зоны без разрушения сварных соединений может быть использована методика, основанная на измерении

51

искривлений сечений пластины. По этой методике на сварные пластины с двух сторон наносят острой иглой поперек шва прямолинейные риски. В результате про­ катки шва и происходящей в зоне шва сдвиговой дефор­ мации наблюдается искрив­ ление риски. Измерение ко­ ординат отдельных точек ис­ кривленной части писки с помощью ннструменталыюгого микроскопа позволяет построить кривую переме­ щения точек металла око­ лошовной зоны (рис. 18).

сварных соединении Х17Г9АН4 толщиной 1,8 мм, про­ катанных при усилии 12 тс. Прокатка сварных соедине­ ний вызывает большие перемещения металла в около­ шовной зоне (Дг/) при большой ширине зоны пласти­ ческой деформации (Да:max) ■

Схемы прокатки на подкладке менее эффективны, чем прокатка между двумя роликами. Несмотря иа то, что с увеличением Р ширина зоны пластической дефор­ мации Дх растет. Этому соответствует очень незначи­ тельное увеличение ординат перемещения точек металла, в зоне разупрочнения Ау. Преимущество схемы прокатки в рамке по сравнению со схемами прокатки на подкладке хорошо видно из сравнения графиков иск­ ривления рисок ДХщах и Ді/тах-

Если после прокатки измерить твердость в попереч­ ном сечении, то окажется, что наибольшее выравнивание твердости в поперечном сечении шва обеспечивается в случае прокатки в рамке. Это находится в полном соот­ ветствии с приведенными графиками перемещений. Об этом также может свидетельствовать тот факт, что ме-

52

-сто разрушения образцов при испытании на прочность располагается на значительном расстоянии от шва и проходит по основному металлу.

Развитие пластических деформаций в шве и околошовной зоне при прокатке приводит к перераспределе-

р

Рис. 20. Деформации при прокатке в свободном состоя­ нии (а), в рамке (б) и на подкладке (в)

нию остаточных напряжений и может сопровождаться значительными деформациями тонколистовых элементов.

Такое развитие деформаций, помимо искажения фор­ мы соединения, приводит к уменьшению сдвиговых де­ формаций в плоскости листа и может снизить эффект упрочнения.

Значительно снижаются общие деформации коробле­ ния при прокатке в рамке. Однако в этом случае зона шва, расположенная в прорези рамки, может испыты­ вать перемещение из плоскости рамки (рис. 20, а). Воз­ никновение такого местного выпучивания шва является следствием значительных напряжений сжатия перед на­ бегающим роликом, предопределяющих возможность потери устойчивости незакрепленной зоны. Кроме того, при такой схеме даже в случае подрессоривания ролика и изделия в процессе прокатки возникают усилия, па-

53

правленные перпендикулярно плоскости листа, и это может способствовать выпучиванию зоны шва.

Прокатка стыковых швов плоских листов и продоль­ ных швов обечаек на подкладке с закреплением в отно­ шении уменьшения остаточных деформации наиболее благоприятна (рис. 20,6). Результаты наблюдений и из­ мерений свидетельствуют о том, что при таком приеме прокатки после освобождения из закрепления общие остаточные деформации не превышают деформаций, воз­ никающих от сварки, а остаточные напряжения в зоне шва, хотя и являются сжимающими, но по своей вели­ чине значительно меньше, чем после сварки. Это в неко­ торой степени поясняет то обстоятельство, что при про­ катке на подкладке общие деформации не возрастают.

Предотвращение местных деформаций при прокатке на подкладке непосредственно зависит от надежности прижатия к ней сварного соединения. Наиболее плотного прижатия сварного соединения к подкладке можно до­ стичь при условии предварительного снятия обратного усиления сварного шва.

Уменьшить деформации удлинения зоны шва без прижатия к подкладке можно изменением формы попе­ речного сечения подкладки. Если радиус кривизны под­ кладки в плоскости расположения шва меньше радиуса кривизны подкладки в стороне от шва, то при прокатке

54

верхности оболочки так, чтобы образующая оболочки занимала положение, являющееся зеркальным отраже­ нием ее профиля, полученного при прокатке в свобод­ ном состоянии, то можно получить оболочку с прямо­ линейной образующей (рис. 21, б).

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ПРОКАТКИ СВАРНЫХ ШВОВ

Требования к оборудованию для прокатки сварных швов определяются габаритными размерами конструк­ ций, их формой, расположением швов, назначением об­ работки и могут быть удовлетворены только при исполь­ зовании механизма, специально предназначенного для прокатки швов. Для создания работоспособной конст­ рукции необходимо четкое представление о требованиях, предъявляемых к таким установкам, и знание условий работы на них.

Основные требования к машинам для прокатки швов могут быть сформулированы следующим образом:

1. Размеры и конструкция станины и привода долж­ ны обеспечивать возможность прокатки швов требуемо­ го типа (продольных, кольцевых) в зависимости от за­ данных пределов изменения размеров оболочек.

55

5.Скорость прокатки не следует задавать выше 1,5— 2,5 м/мим.

6.Материал и обработка роликов должны обеспечи­

вать гладкую рабочую поверхность твердостью HRC 60. Возможные схемы привода движения и взаимного расположения роликов и изделий приведены в литера­ туре [15]. Простейшие машины (рис. 23) имеют грузорычажиый привод давления и электрический привод вращения роликов. Они рассчитаны иа усилия до 6 тс и применяются для устранения деформаций кольцевых и прямолинейных швов оболочек диаметром от 150 мм. Вылет хобота машин 1200—1800 мм позволяет обраба­ тывать швы достаточно большой протяженности. Более мощные машины имеют и более развитые сечения консо­ лей, что затрудняет прокатку оболочек малого диаметра. Так, например, для машины РС-3 (рис. 23, а) минималь­ ный размер диаметра обечайки, которая может быть надета на нижний хобот, составляет 500 мм. Для обес­ печения возможности прокатки на этой машине продоль­ ных и кольцевых швов обечаек малого диаметра вместо верхней головки может быть установлен сменный узел

Рис. 23. Схема машины МВТУ-РС-3 для для прокатки малогабаритных обечаек (б) и швов

56

(рис. 23,6). При расположении консольного хобота этого узла вдоль корпуса машины прокатке подверга­ ются продольные швы, при расположении его поперек корпуса — кольцевые швы. В обоих случаях привод осуществляется за счет принудительного вращения толь­ ко нижнего ролика, в то время как верхний ролик внутри обечайки вращается свободно. При прокатке

57