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

Однако и при наличии старения в процессе проковки величина максимальных напряжений растяжения в око­ лошовной зоне термически упрочняемых сплавов значи­ тельно превосходит величину максимальных остаточных напряжений в термически неупрочняемом сплаве АМгб. Это происходит вследствие образования широкой зоны напряжений растяжения в результате интенсивного разупрочнения в процессе сварки.

Одним из путей уменьшения величины напряжений растяжения в стареющих алюминиевых сплавах яв­ ляется применение повторной проковки. Повторная про­ ковка, проведенная по одному и тому же месту при не­ изменном режиме, вызывает в исследуемых материалах существенное снижение величины напряжений растяже­ ния в околошовной зоне при незначительном увеличении напряжений сжатия в шве. С увеличением энергии де­ формирования при втором проходе эффект перераспре­ деления напряжений проявляется еще в большей сте­ пени. Так, повторная проковка сплава 01911 с удельной энергией деформирования, равной энергии первого про­

вызывает дополнительное

уменьшение напряжений растяжения в околошовной зоне на 25% и увеличение напряжений сжатия в шве — на 10%-. При повторной проковке с удельной энергией деформирования 35 кгс-м/см3 изменение остаточных на­ пряжений в околошовной зоне составляет свыше 40%, а в шве — около 15%. Такой же характер влияния по­ вторной проковки обнаружен и на сплаве Д20-1.

Применение повторной проковки приводит не только к существенному снятию пиковых растягивающих на­ пряжений на более широкой зоне, но и к снижению сва­ рочных деформаций, чего в алюминиевых сплавах не­ редко нельзя добиться одним проходом с большей удельной энергией, так как вызванная проковкой осадка материала под бойком настолько значительная, что ве­ дет к «зарыванию» бойка и, как следствие этого, к ухуд­ шению внешнего вида сварного соединения.

Другим приемом для устранения напряжений растя­ жения в стареющих алюминиевых сплавах является при­ менение термообработки после высокоскоростной про­ ковки. Она снижает величину максимальных напряже­ ний растяжения (сравнивается с состоянием материала после проковки) в сплаве 01911 на 60%, а Д20-1 на 55%.

80

2

7=100 Ш° С, 20 ч+175°С, 5 ч для сплава 01911), прове­ денных после сварки, дают снижение остаточных напря­ жений на 25% в сплаве 01911 и 30% в сплаве Д20-1. Такие же результаты получены после искусственного старения образцов из сплава 01911, прошедших пред­ варительную проковку с целью устранения сварочных деформаций.

Увеличение эффекта снятия напряжения термообра­ боткой после высокоскоростной проковки объясняется тем, что в быстродеформируемом металле содержится большое число менее устойчивых искажений, что и при­ водит при повышенной температуре к более полному протеканию релаксационных процессов.

Таким образом, применение высокоскоростной про­ ковки для правки сварных тонколистовых элементов из сплавов МА2-1, ВМД-3, АМгб, 01911 и Д20-1 позволяет в сочетании с повторной проковкой или термообработ­ кой значительно уменьшить величину остаточных сва­ рочных напряжений.

Форма соударяющихся поверхностей, как показы­ вают теоретические и экспериментальные исследования, существенно влияет на распределение остаточных на­ пряжений. Представляет интерес, какое влияние на рас­ пределение остаточных сварочных напряжений окажет изменение формы рабочей части бойка при высокоско­ ростной проковке швов. Для этой цели дополнительно- к основному бойку, с помощью которого проведены экс­ перименты, описанные выше, применяли также цилин­ дрические бойки с цилиндрической формой рабочей ча­ сти бойка, выполненной по радиусам R = 6 и 18 мм.

Эксперименты проводили на плоских сварных образ­ цах из магниевого сплава МА2-1 и стареющего алюми­ ниевого сплава 01911 (рис. 36). Образцы имели толщи­ ну соответственно 3 и 2 мм. Общим для этих сплавов является то, что при увеличении радиуса кривизны ра­ бочего торца бойка изменяется характер зависимости величины остаточных напряжений в деформированной зоне от удельной энергии проковки. При деформирова­ нии шва бойком с радиусом закругления в рабочей ча­

81

сти R = 18 мм наблюдается с ростом удельной энергии деформирования еще незначительное снижение напря­ жений сжатия. С уменьшением же радиуса закругления

Т*ис. 36. Влияние удельной энергии деформирования при вы­ сокоскоростной проковке сварного шва сплавов МА2-1 (а), 01911 (б) на величину остаточных напряжений сг0Ст в шве (1), максимальных напряжений растяжения в околошовной зоне (2) и остаточного прогиба f (3) при различной форме

рабочей поверхности бойка

удельных энергий. При этом максимальные напряжения растяжения в околошовной зоне при полном устранении сварочных деформаций остаются на 50—60% выше, чем при проковке шва бойком с плоским торцом рабочей поверхности.

Такое перераспределение напряжений при увеличе­ нии радиуса кривизны рабочей части бойка вызвано, по-

82

Это приводит к тому, что при осадке шва закруг­ ленными бойками происходит преимущественное тече­ ние материала в направлении проковки. Возникшая при этом деформация удлинения не компенсируется в про­ дольном направлении деформацией укорочения, кото­ рая появляется из-за наличия температурного эффекта и сопротивления деформированию окружающего мате­ риала. С увеличением радиуса закругления бойка умень­ шается продольная составляющая усилия деформиро­ вания, что ведет к уменьшению напряжений сжатия в шве. Таким образом, для получения меньших значений остаточных напряжений в шве и околошовной зоне при полном устранении короблений применение цилиндри­ ческих бойков с плоским торцом рабочей части предпо­ чтительно.

Полученные зависимости величины остаточных на­ пряжений от удельной энергии деформирования позво­ ляют для исследованных материалов и толщин опреде­ лить параметры режима высокоскоростной проковки, проводимой с целью устранения сварочных деформаций при минимальном значении остаточных напряжений. Режим проковки практически может быть определен двумя способами.

того воздуха р с таким расчетом, чтобы значение скоро­ сти деформирования од>20 м/с. Из графиков а =

определяем для данного материала минимальное значе­ ние удельной энергии деформирования. Подставляем значения W, N (см. графики W=f(p) и N=f(p) на

рис. 28), — , 6 , Н в выражение для — и находим из о 6

него скорость проковки s.

Ширину зоны пластической деформации Н можно принять равной ширине шва.

Способ 2 . Если скорость проковки не может меняться в широких пределах, то задаваясь ее величиной и зна­ чением удельной энергии деформирования по графику WN = f(p) (рис. 37), находим необходимую величину давления сжатого воздуха.

83

Пример. Требуется устранить деформацию от сварки встык двух листов из магниевого сплава МА2-1 толщи­

ВЛИЯНИЕ ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ПРОКОВКИ НА МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Методы устранения и предупреждения сварочных деформаций по степени влияния на прочностные и пла­ стические свойства сварных соединений подразделяются на две основные группы: методы, при применении кото­ рых механические характеристики сварных соединений практически не изменяются; методы, применение кото­ рых влечет за собой изменение механических характери­ стик сварных соединений.

Высокоскоростная проковка сварных соединений, со­

■84

провождающаяся пластической деформацией и темпера­ турным эффектом, относится ко второй группе.

На сплавах Х16Н4БА и Х18Н9Т при заглаживании шва бойком заподлицо с основным материалом получено существенное улучшение механических свойств свар­ ных соединений. Проковка же титанового сплава ТС-5 вызвала при повышении прочности снижение пластиче­ ских свойств.

Для устранения деформаций и напряжений требуется значительно меньшая величина пластической деформа­ ции (<5% ), чем при заглаживании шва. Однако влия­ ние и такой деформации на свойства сварных соедине­ ний имеет иногда решающее значение при выборе ме­ тода устранения коробления конструкции.

Для оценки прочности как всего сварного соедине­ ния, так и различных его зон предел прочности и удар­ ную вязкость определяли на образцах с усилением и со снятым усилением и проплавом. Во всех случаях образ­ цы для испытаний изготовляли из сварных образцов, деформированных на режимах, обеспечивающих полное устранение деформаций.

Результаты механических испытаний приведены в табл. 3. Для сопоставления влияния скорости деформи­ рования в той же таблице представлены результаты испытаний по проковке швов, выполненной с помощью ударного устройства Р-1 с набором масс III механиче­ ского ускорителя, обеспечивающим скорость деформи­ рования до 8 м/с.

На всех исследованных материалах проковка после сварки вызывает заметное повышение прочностных свойств при некотором снижении пластических харак­ теристик сварного соединения. Однако во всех случаях нагружение с большими скоростями приводит к мень­ шему снижению пластичности в деформированной зоне. Наиболее чувствительными с позиции снижения пла­ стичности, которую в данном случае оценивали по углу изгиба, проявили себя магниевые сплавы при уменьше­ нии скорости деформирования от 28 до 8 м/с. Так, угол изгиба сплава МА2-1 после сварки и последующей про­ ковки со скоростью деформирования 28 м/с уменьшился относительно угла изгиба после сварки на 15% (с 77 до 62°). В то же время при проковке со скоростью 7 м/с угол изгиба уменьшился до 43°, т. е. больше чем на 55%. В сплаве ВМД-3 уменьшение угла изгиба менее значи-

85

86

87

«ч

со

*<

<

88

89