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

Г л а в а III

ВЫСОКОСКОРОСТНОЕ ДЕФОРМИРОВАНИЕ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Способ высокоскоростного деформирования мате­ риалов относится к числу новых способов их обработки. Наибольшее распространение он получил в обработке металлов давлением.

Ударное деформирование шва также представляет собой не что иное, как последовательно повторяющуюся осадку металла. Некоторая аналогия процессов, проис­ ходящих при проковке сварных соединений, с операция­ ми осадки и родственными ей позволяет использовать имеющиеся данные по обработке металлов давлением для устранения сварочных деформаций.

Скорости деформирования металлов по диапазону их применения в промышленных целях могут быть раз­ делены на три диапазона: а) малые скорости деформи­ рования 1—7 м/с (верхний предел соответствует обыч­ ной проковке); б) средние скорости деформирования 6—100 м/с — наиболее широко применяемые в настоя­

Наиболее эффективной является обработка металлов в среднем и высоком диапазоне скоростей. Применитель­ но к сварным швам разработан метод высокоскорост­ ного ударного деформирования [24, 28].

Для обоснованного выбора режимов высокоскорост­ ного ударного деформирования сварных соединений не­ обходимы экспериментальные данные по совместному влиянию скорости и частоты нагружения на единицу энергии деформирования и характер распределения остаточных напряжений в диапазоне практически при­ меняемых скоростей высокоскоростного нагружения.

60

КОНСТРУКЦИЯ и ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УДАРНОГО УСТРОЙСТВА

В качестве основного элемента для создания ударно­ го устройства может быть применен обычный пневмо­ молоток, преобразующий энергию сжатого воздуха в механическую работу. Однако серийно выпускаемые ударные инструменты при оптимальном режиме работы обеспечивают скорость удара не более 10 м/с.

Для повышения начальной скорости удара бойка не­ обходимо его оборудовать механическим ускорите-

лем [24].

Выбранный тип ударного устройства, наряду с воз­ можностью получения местной пластической деформации п простотой конструкции, позволяет плавно дозировать энергию и скорость деформирования, а тем самым осу­ ществлять необходимую пластическую деформацию. Это

61

пространство над поршнем В и гонит поршень-удар­ ник, который отдает запасенную мм энергию в момент удара торцу первого элемента механического ускори­ теля. В момент удара срабатывает не показанное на схеме распределительное устройство, и воздух, попав­ ший ранее в полость над ударником через отверстие Б, начинает проникать через отверстие Г в полость под

ударником и гнать его назад: происходит холостой ход. Одновременно с началом холостого хода производится последовательная передача ударного импульса от пер­ вого элемента второму, третьему и т. д. Когда ударник снова дойдет до верхней мертвой точки, воздухорас­ пределительное устройство сработает и ударник осу­ ществит следующий удар. Этот цикл будет повто­ ряться. Отработанный воздух выбрасывается в атмо­ сферу через отверстие Д.

Величина энергии и скорости удара, сообщенной ударником первому элементу механического ускорителя (рис. 26), определяется давлением сжатого воздуха Ро, поступающего в пневмоцилиндр, массой ударника GyÄ

идлиной пути до удара. Частота следования ударных импульсов также зависит от давления сжатого воздуха

иконструктивных размеров пневмомолотка.

При передаче кинетической энергии каждого удара от одного элемента механического ускорителя к другому происходит ступенчатое уменьшение энергии удара и изменение скорости вследствие изменения конфигурации и размеров соударяющихся тел. Величина потерь энер­ гии и скорости удара механическим ускорителем, при прочих равных условиях, будет определяться энергией и скоростью удара ударника о торец первого элемента ускорителя, т. е. для данного пневмомолотка — давлени­ ем сжатого воздуха.

62

лены на рис. 28. (Ввиду неустойчивости работы пневмомолотка в диапазоне 0 — 2 ат все характеристики удар­ ного устройства рассмотрены, начиная с избыточного давления воздуха 2 ат).

/0,165 0,114 0,179 0,054 0,037 0,026 0,018

в широком диапазоне изменять начальную скорость и энергию деформирования. Так, с повышением избыточ­ ного давления воздуха с 2 до 7 ат энергия единичного удара и начальная скорость удара изменяется в соответ­

определяется только давлением сжатого воздуха и с его

64

повышением от 2 до 7 ат увеличивается с 1700 до 3150 ударов в минуту. Для выяснения влияния частоты уда­ ров в более широком диапазоне в качестве источника

Рис. 28. Изменение энергии единичного удара w(a), скорости де­ формирования V (б), частоты ударов N (в) от избыточного давле­ ния воздуха при различных наборах масс механического ускори­ теля:

І—ІІІ — УУР-1; IV — УУР-3

ударных импульсов использован пневмолоток Р-3 (УУР-3). Основные характеристики этого ударного уст­ ройства с набором масс I механического ускорителя приведены на рис. 28.

Применение ударного устройства УУР-1 с тремя на­ борами масс механического ускорителя и ударного уст­ ройства УУР-3 с набором масс / обеспечивает возмож­ ность проведения исследований в широком диапазоне скоростей деформирования и частоты нагружения.

МАТЕРИАЛЫ И РЕГИСТРИРУЕМЫЕ ПАРАМЕТРЫ

Исследование влияния скорости и частоты нагруже­ ния на величину энергии деформирования проводили на пластинах из сплава МА2-1 толщиной 1,5; 3 и 8 мм и из сплава АМгбМ толщиной 1,5 и 3 мм. Выбор сплавов МА2-1 и АМгбМ обусловлен не только различным строе­ нием кристаллической решетки, по и сравнительно большей их изученностью при малых скоростях нагру­ жения.

Известно, что скорость и частота ударов, а особенно энергия деформирования, существенно влияют па вели­ чину создаваемой деформации. При проковке с постоян­ ной скоростью перемещения ударного устройства относи­ тельно обрабатываемого материала для получения большой степени деформации необходимо увеличивать энергию деформирования, что, в свою очередь, ведет и к увеличению скорости и частоты ударов. Поэтому для оценки влияния скорости и частоты ударов на энергию деформирования целесообразно сравнить ее величину при одинаковой степени деформации. При этом для сравнения удобнее пользоваться не значением энергии единичного удара, являющейся только параметром удар­ ного устройства, а величиной удельной энергии дефор­ мирования, представляющей собой отношение энергии единичного удара к объему деформированного металла при перемещении бойка на шаг:

где s ■— скорость перемещений при проковке, м/мин;

Н— ширина зоны, деформируемой бойком, см;

б— толщина материала в месте деформирования, см;

г|м — к. п. д. удара (0,83—0,88).

Значения W, N определяют из характеристик удар­ ных устройств.

Тесная взаимосвязь энергии единичного удара со скоростью деформирования и частотой ударов создает необходимость построения зависимостей величины удель­ ной энергии деформирования не только от различной степени деформации, но и от различной скорости или частоты ударов, что возможно при использовании про­ странственной системы координат. Построение простран­ ственных диаграмм сводится к следующему. Сначала по

•66

перемещения материала относительно ударного устрой­ ства и набора масс механического ускорителя. Затем по

степень деформации—скорость деформирования», «энер­ гия единичного удара — степень деформации— скорость

Вычисление степени деформации первого рода в дан­ ном случае оправдано, так как имеют место малые сте­ пени деформации ( < 0 ,1 ).

Толщину листа до деформации и после измеряли на скобе индикаторной головкой с точностью 0,01 мм. Рас­ пределение твердости по сечению металла в деформиро­ ванной зоне измеряли на приборе Виккерса при нагрузке 5 кгс с шагом 1 мм. Остаточные напряжения и пластиче­ ские деформации определяли механическим способом с помощью съемного деформометра с базой 1 0 0 мм.

Получение стабильной деформации на всей длине де­ формируемого материала достигалось путем закрепле­ ния ударного устройства на стенде'.

Основные узлы лабораторного стенда (рис. 29): удар­ ное устройство 1; приспособление для перевода ударного устройства из нерабочего положения в рабочее (подвиж­ ная 2 и неподвижная 3, направляющие, ходовой винт 6, неподвижная 7 и подвижная 8 опоры, зажимы 4, руко­ ятка 5); приспособление для поджима ударного устрой­ ства к обрабатываемому материалу (пружина 9 и на­ кидная гайка 10); устройство для крепления обрабаты­ ваемого материала п перемещения его в горизонталь-

* Стенд разработан Милехиным Е. С.

3* 67

ном направлении (двигатель постоянного тока 11, ходо­ вой винт 13, ременная передача 12, стол 14, плита 15, наковальня 17, шумо-внбропрокладки 16, прижимы /<§); система питания регулировки и контроля давления сжа­ того воздуха (ресивер 19, вентиль 20, манометр 21, шланги 22).

недостаточной для удержания ударного устройства от отхода его после удара от обрабатываемого материала, то произойдет удар по корпусу и, как следствие этого, значительные потери энергии и скорости деформиро­ вания [28].

Проковка образцов на всех скоростях деформирова­ ния выполнялась цилиндрическими бойками диаметром 1 2 мм с фаской рабочего конца 2 мм.

ВЛИЯНИЕ СКОРОСТИ И ЧАСТОТЫ НАГРУЖЕНИЯ НА ВЕЛИЧИНУ УДЕЛЬНОЙ ЭНЕРГИИ ДЕФОРМИРОВАНИЯ

Полученные диаграммы «удельная энергия — ско­ рость деформирования — степень деформации», «степень деформации — частота ударов — энергия единичного

68