Файл: Талыпов Г.Б. Сварочные деформации и напряжения.pdf

ческих деформаций. В процессе нагрева в отдельных волокнах полосы возникают пластические деформации, которые отражаются на деформациях всех ее волокон при последующем остывании. Например, если все волокна в момент, когда их свободные тем­ пературные деформации определяются кривой Я (у) и не свободные деформации в-тот же момент определяются прямой Д (у) (рис.3, а), освободить друг от друга, то при последующем их охлаждении до температурной кривой 7\ (у) (рис. 3, б) их свободные дефор­ мации определяются кривой

где величина е ( р ) включает свой знак. Но продольные волокна полосы не могут деформироваться независимо друг от друга, в силу чего их действительные деформации определяются пря­ мой Да (у) (рис. 3, б). При этом положение прямой А2 (у) опре­ деляется из уравнений (5.26), если в эти уравнения подставить значения ахх, выраженные через деформации, и во всех формулах

(5.20)—(5.26) величину К (у) заменить величиной К\ (у). Анало­ гично можно определить пластические и упругие деформации и напряжения для любого другого момента времени процесса остывания. Величина (у) сохранится неизменной для данного волокна до момента полного остывания лишь в том случае, если в процессе остывания это волокно не получит пластических деформаций. Если же в процессе остывания рассматриваемое волокно получает пластические деформации, то его остаточная

свободных температурных деформаций в данный момент опреде­ лится формулой

в данном сечении для различных последовательных моментов времени остывания автор предлагает «рассматривать темпера­ турные кривые неподвижного температурного поля для некоторых сечений, выбранных таким образом, чтобы они распо­ лагались на таких расстояниях от сварочной дуги, какие в дей­ ствительности были в интересующие нас моменты времени между дугой и заданным сечением». В тех случаях, когда необходимо определить только остаточные напряжения, за первое сечение позади дуги, деформации которого отражаются на конечных ре­ зультатах, автор берет сечение, перпендикулярное оси шва и

проходящее через точку касания прямой, параллельной оси шва, с изотермой 600° С. Последующие сечения, указанные в вышепри­ веденной цитате, рекомендуется брать так, чтобы более полно охватить зону нагрева за первым сечением.

Применение этого метода к определению остаточных дефор­ маций и напряжений в данном поперечном сечении полосы с уче­ том всех температурных состояний нагрева и остывания связано с необходимостью выполнения большой вычислительной работы, так как оно «потребовало бы рассмотрения очень большого коли­ чества последовательных моментов остывания» (см. стр. 38 в ра­

лишь «наибольшую пластическую деформацию сжатия», имеющую место в предельном состоянии нагрева. При этом свободные темпе­ ратурные деформации к моменту полного остывания определяются кривой

^(У) = е(р)(у), . (5.30)

а действительные деформации всех этих продольных волокон опре­ деляются прямой А' (у) (рис. 3, в), положение которой опреде­ ляется из системы уравнений, аналогичной системе (5.26). Следует подчеркнуть, что, если не учитывать накапливающиеся в процессе остывания после предельного состояния пластические деформации, этот метод по существу идентичен рассмотренному выше методу Г. А. Николаева.

Необходимо отметить, что Н. О. Окерблом [83, 85, 86] не дает опытной проверки результатов, получающихся расчетным путем по его методу. Н. О. Окерблом, следуя допущению, что «наплавка валика на кромку полосы является тем случаем, который имеет особо важное значение, так как к рассмотрению деформаций и на­ пряжений полосы, находящейся в тех или иных условиях, может быть сведена в конечном счете задача определения деформаций и напряжений для любых типов сварных конструкций и соедине­ ния», (см. стр. 49 в работе [85]), многие виды деформированного состояния, возникающие при сварке или в результате сварки, стремится свести к частному виду линейного деформированного состояния. Этот же тезис Н. О. Окерблом повторяет в другой форме в своих последующих статьях и монографиях, где рассматриваемый метод именует общей теорией сварочных деформаций и напряже­ ний (см. стр. З в работе [83] и стр. 3, 4, 12 в работе [86]). Упомяну­ тое допущение в некоторых случаях может привести к ошибочным результатам. Во избежание подобных ошибок в дальнейшем необ­ ходимо еще раз напомнить, что метод Н. О. Окерблома применим к определению сварочных деформаций и напряжений свободных полос, на деформации которых не наложены внешние связи и для которых имеет силу гипотеза плоских сечений. Вместе с тем этот метод не предусматривает учета необратимых изменений механи­ ческих свойств основного металла зоны шва в результате сварки

и остывания. В работах [63, 98] использованы ЭВМ для выясне­ ния кинетики сварочных деформаций (напряжений) в поперечном сечении свободной полосы при наплавке валика на ее кромку на основе изложенного метода Н. О. Окерблома. Эти работы надо рассматривать как простейшие примеры применения машинного счета к простейшей задаче о сварочных деформациях.

За последние 10 лет появился ряд новых работ по исследованию сварочных деформаций и напряжений. В работах [18—20] рас­ сматривается задача определения временных и остаточных дефор­ маций и напряжений при местном нагреве неподвижным и подвиж­ ным источником бесконечной плоской пластины на основе теории малых упруго-пластических деформаций численным методом с при­ менением ЭВМ. При этом необходимо иметь в виду, что металл определенной зоны при мощном сосредоточенном нагреве и осты­ вании подвергается термическому сложному нагружению и ис­ пользование к решению такого рода задач теории малых упругопластических деформаций не оправдано [117].

Более обоснованными являются алгоритмы численного реше­ ния плоской задачи термопластичности на основе теории пласти­ ческого течения, разработанные в работе [65] применительно к сварке конечных прямоугольных пластин с заданными крае­ выми условиями. Последнее направление должно быть наиболее перспективным и его дальнейшая разработка должна проводиться путем сравнительного анализа расчетных и опытных значений сварочных деформаций (напряжений).

Глава 6

К О Р Е Н Н Ы Е И З М Е Н Е Н И Я , П Р О И С Х О Д Я Щ И Е В О С Н О В Н О М М Е Т А Л Л Е З О Н Ы Ш В А , И У П Р А В Л Е Н И Е И М И

23. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Ранее предложенные расчетные методы используют лишь темпе­ ратурную кривую в выбранном поперечном сечении полосы в дан­ ный момент времени. Представляет интерес, какие коренные изме­ нения возникают в основном металле зоны шва в результате сварки и какой физический параметр в основном определяет эти изменения. Под коренными изменениями, происходящими в зоне шва в результате сварки и остывания, будем понимать изменение структуры и механических свойств основного металла этой зоны, а также появление сварочных деформаций и напряжений. При этом не будут проводиться специальные металловедческие иссле­ дования. Будем интересоваться лишь распространением структур­ ных изменений основного металла зоны шва, с которыми связаны изменения механических свойств металла этой зоны, используя для этой цели наблюдаемую под металломикроскопом картину.

Общеизвестна структурная неоднородность основного металла зоны линейного шва по нормальному к его оси сечению.

Для построения приближенной теории сварочных деформаций и напряжений весьма существенно проследить за тем, как изме­ няются структура основного металла зоны шва и его механические характеристики вдоль его оси. В случае изолированного линей­ ного шва, сваренного автоматом при стационарном режиме, по­ стоянство ширины зоны термического влияния вдоль его оси оче­ видно. В случае ручной сварки, когда продольное перемещение электрода сочетается с его поперечными перемещениями, не оче­ видно, с какой точностью можно принять положение о постоян­ стве ширины зоны термического влияния вдоль оси шва.

На практике часто применяются пересекающиеся швы. Для обоснования приближенной теории и выяснения пределов ее применимости необходимо также изучение закона распростране­ ния зон термического влияния пересекающихся швов и механи­ ческих свойств основного металла в этих зонах.

Наряду с изложенным выше предварительное изучение струк­ туры металла зоны шва оказывается необходимым для правильной количественной оценки механических свойств основного металла

вотдельных зонах термического влияния, так как определение этих свойств без предварительного изучения структуры металла этой зоны [40, 149] привело, как увидим ниже (п. 25), к ошибоч­ ным выводам. Поэтому с целью обеспечения необходимой полноты

внастоящей работе приводятся результаты проведенных нами исследований распространения зон термического влияния как вдоль изолированных линейных швов ручной и автоматической

При построении приближенной теории сварочных деформаций и напряжений должны быть учтены особенности их распределения.

Изучение коренных изменений, происходящих в зоне шва, позволяет установить некоторые общие факты, а также найти для металлов с достаточно высокой температурой объемных превраще­ ний тот физический параметр, который управляет этими изме­ нениями. Эти общие факты и указанный физический параметр

проход накладывался с обратной стороны после вырубки контроль­ ной канавки корня шва. В табл. 1 приведены размеры листов и характеристики принятых режимов сварки.

Микро- и макроанализу были подвергнуты вырезанные из листов № 1 —12 (табл. 1) образцы, содержащие посередине своей длины (/ = 45 мм) сварной шов. В табл. 2 указан порядок клейме­ ния образцов для каждого из указанных листов. Первые буквы клейма указывают материал, а вторые буквы — режим сварки, так что СН-3 означает третий образец для микро- и макроанализа, вырезанный из листов стали типа СХЛ со швом, наложенным при нижнем (по силе сварочного тока) режиме сварки (табл. 1). Шлифы приготовлялись на тех гранях всех этих образцов, которые нор­ мальны к оси шва. Перед приготовлением шлифов на указанных гранях всех этих образцов наносилась миллиметровая сетка. Нанесение такой сетки оказалось необходимым для указания мест, в которых фотографировалась микроструктура, для переноса границ зон термического влияния на миллиметровку, для указа­ ния мест, в которых замерялась твердость и т. д. Микротравление шлифов производилось четырехпроцентным спиртовым раствором азотной кислоты, а макротравление реактивом Гейне. Во всех