ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 178
Скачиваний: 0
щие деформации и напряжения претерпевают резкие изменения с переменой знака. Например, опыты [132] показали, что про дольная деформация (напряжение), возникающая в результате на плавки валика на продольную кромку полосы, в весьма узкой зоне около шва (валика) претерпевает резкое изменение с переме ной знака. Аналогичные результаты получены в работах [76, 93, 146] по стыкованию полос и пластин при помощи ручной и авто матической сварки. Результаты опытов приведены на рис. 15, а [93] и 15, б [146]. Тот же характер распределения продольных остаточных напряжений в соединениях из низкоуглеродистой
стали и |
алюминиевых сплавов приводится в работе [18] на |
рис. 25, |
а, в, г. |
Если температура объемных превращений металла меньше его температуры Тк, то пластические деформации, соответствующие этим объемным превращениям, накладываясь на пластические деформации нагрева, могут привести к коренному изменению характера распределения и величин остаточных деформаций и напряжений. Как указано выше, во всем последующем ограни чимся рассмотрением класса металлов, у которых температуры объемных превращений выше их температуры Тк.
27.ПРОБЛЕМА УПРАВЛЕНИЯ СТРУКТУРОЙ
ИМЕХАНИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ОСНОВНОГО МЕТАЛЛА ЗОНЫ ШВА
ИОДНО ИЗ ЕЕ РЕШЕНИЙ
Решение этой проблемы интересно не только с точки зрения непосредственного приложения, но и с принципиальной точки зрения, сформулированной во введении.
Опытным путем (см. п. 25) было установлено, что повышение начальной температуры свариваемых элементов при условии, когда она имеет постоянный по ширине элемента градиент, приводит к улучшению механических свойств основного металла зоны шва. Решение этой проблемы путем повышения начальной равномер ной температуры свариваемых элементов является наиболее есте ственным с физико-механической точки зрения. Этот путь на основе общих соображений рекомендуется также в работе [106], где на основе опытной зависимости между скоростью охлаждения и твер достью дается теоретический метод определения того значения начальной равномерной температуры Т0 свариваемых элементов, при котором металл околошовной зоны получает заданную твер дость. Позже Л. А. Фридлянд [128] на основе результатов своих опытов приходит к заключению о низкой эффективности подо грева. Подробнее результаты этой работы будут рассмотрены в конце этого параграфа. Изложим здесь результаты проведен ных нами опытов, которые покажут, что повышение начальной равномерной температуры свариваемых элементов является эф-
фективным методом управления механическими свойствами основ ного металла зоны шва [116].
Для опытов были взяты пять листов стали типа СХЛ размером 150x250 мм и после предварительного равномерного нагрева в муфельной печи до назначенной температуры на длинную кромку каждого из них наплавлялся валик. Соответствующие значения начальной равномерной температуры 71 0 °С в моменты начала и
окончания наплавки указаны |
ниже: |
№ листа |
Т0 °С |
18
250—240
330—320
420—390
540—490
Рис. 16
Изменение начальной температуры каждого листа в процессе наплавки валика контролировалось при помощи термопары. Ее изменение за период наплавки, как и следовало ожидать, растет вместе с повышением Т0.
После наплавки валика и остывания из каждого листа соот ветственно в одном и том же месте были вырезаны образцы для микроанализа и изучения механических свойств основного ме талла зоны валика. На рис. 16 приведены схемы распространения зон термического влияния образцов 1 (а) и 5 (б). С повышением начальной равномерной температуры зона мелкозернистой струк туры!/// практически исчезает, вместо нее возникает некоторая переходная^зона, где сохранена полосчатость от прокатки, а значительно^модифицированная крупнозернистая структура // гра ничите зоной переходной структуры. На рис. 16, а, б даны также кривые изменения микротвердости вместе с удалением от валика. Микротвердость замерялась в каждой клетке миллиметровой сетки вдоль одной и той же прямой. Непосредственно видно, что с повышением начальной равномерной температуры листа макси мальное значение твердости основного металла зоны валика при ближается к ее значению для основного металла вне зоны тер мического влияния. На рис. 17, а приведена кривая изменения
максимального значения микротвердости зоны термического влия ния в зависимости от начальной равномерной температуры Т0. Ри сунок показывает, что при Т0 = 350-н400° С наибольшая микро твердость зоны термического влияния и, следовательно, все другие
механические характеристики основного металла |
этой зоны |
(см. п. 25) практически остаются постоянными и |
равными их |
значениям для основного металла в исходном состоянии. Аналогич ные температуры без труда могут быть установлены для других сортов стали.
Таким образом, видим, что проблема управления механиче скими свойствами основного "металла Ьколбшовной зоны в случае,
а) |
|
(Нд)тлах |
М). |
і 1 |
1 |
, — |
— і |
1 |
1 |
0 |
WO |
JO0 |
5001о°С |
too |
m |
500 |
w |
|
|
Рис. |
17 |
|
|
|
когда температура объемных превращений этого металла выше его температуры Тк может быть решена повышением начальной равномерной температуры Т0 свариваемых элементов. Чем ближе Т0 к температуре Тк данного металла, т. е. чем меньше разность Тк — Т0, тем ближе значения механических характеристик основ ного металла, околошовной зоны к их значениям для основного металла вне зоны термического влияния. Но уменьшения разно сти Тк — Т0 в зоне шва в принципе можно добиться также и в том случае, когда начальная температура Т0 не является равномер ной. При этом закон распределения Т 0 должен быть таким, чтобы подогрев подлежащей сварке кромки элемента до Т0 не сопро вождался пластическими деформациями сжатия зоны нагрева. Лишь при выполнении этого условия повышение начальной тем пературы свариваемых элементов может привести к выравниванию механических характеристик основного металла зоны шва к их значениям для основного металла вне зоны термического влияния.
Изложенные здесь результаты позволяют сделать следующие выводы.
1. Проблема управления механическими свойствами основ ного металла околошовной зоны в случае, когда температура объемных превращений этого металла выше его температуры Тк, решается повышением начальной равномерной температуры Т0 свариваемых элементов. Чем ближе Т0 к температуре Тк, тем ближе значения механических характеристик металла зоны шва
к значениям этих характеристик для основного металла вне зоны термического влияния. Для стали типа СХЛ при Т0 = 350 -т- -ИЮО0 С; т. е., когда начальная равномерная температура дости гает верхнего предела температуры ее синеломкости, механиче ские характеристики металла зоны шва остаются практически постоянными и равными их значениям для основного металла вне зоны термического влияния.
2. Для металлов рассматриваемого класса (гл. 5) проблема управления механическими свойствами основного металла около шовной зоны может быть решена также при помощи такого началь ного неравномерного нагрева свариваемых элементов, который не сопровождается пластическими деформациями сжатия зоны на грева, где Т Тк.
Эти выводы не противоречат результатам опыта в работе [128], где автор заключает, что эти результаты «. . . указывают на сравни тельно низкую эффективность подогрева. Несмотря на возрастаю щие температуры подогрева в опытах серий 2, 3, 4-; средние ско рости охлаждения в субкритическом интервале и максимальные твердости в зоне термического влияния изменяются незначительно. При увеличении температуры подогрева возрастает скорость охла ждения в поле подогрева, что и является причиной низкого эф фекта подогрева». Результаты опытов изображены в виде графика на рис. 17, б (сплошная кривая). Там же нанесены значения HV (штриховая кривая), полученные Г. Б. Евсеевым [128] в резуль тате газовой резки после подогрева для той же стали. Из рисунка ясно, что вместе с приближением начальной равномерной темпе ратуры Т0 к температуре Тк стали 35ХГС максимальная твер дость по Виккерсу HV зоны термического влияния уменьшается до твердости исходного металла. Таким образом, результаты опытов, приведенные в этом параграфе, показывают, что для металлов^ рассматриваемого класса основным параметром, опре деляющим изменение механических свойств основного металла околошовной зоны, является разность Тк — Т0 при стесненном температурном расширении в условиях мощного местного нагрева и несвободном температурном сокращении нагретых зон при после дующем остывании. При этом геометрия соответствующей изотер мической поверхности Тк будет определяться формой и размерами свариваемых деталей, мощностью источника, скоростью его пере
мещения |
и теплофизическими характеристиками металла (п. 4, |
8, 9 гл. |
2). |
28. ПРОБЛЕМА УПРАВЛЕНИЯ СВАРОЧНЫМИ ДЕФОРМАЦИЯМИ (НАПРЯЖЕНИЯМИ) И ОДНО ИЗ ЕЕ РЕШЕНИЙ
В настоящее время для снятия или уменьшения сварочных напряжений рекомендуют предварительное нагружение сварного соединения, про колач иван ие (проковка), последующую терми ческую обработку, термопластический метод, предварительный
8 Г. Б. Талыпов |
113 |
выгиб и интенсивное охлаждение. Подробное описание всех этих методов можно найти в монографиях [52, 83].
О влиянии предварительного подогрева детали на сварочные напряжения в опубликованной литературе имеются лишь проти воречивые данные. В. П. Вологдин рекомендует предваритель ный нагрев до 200—250° С как профилактическое мероприятие, замедляющее скорость охлаждения металла зоны шва и преду преждающее закалку этой зоны [21 ] . Г. А. Николаев отмечает, что в лабораторных условиях было достигнуто значительное умень шение остаточных напряжений в результате подогрева до 200—
250° С металла, |
прилегающего к шву (см. стр. 168 в работе [77]). |
Н. О. Окерблом |
[83] считает, что «подогрев свариваемых деталей |
перед сваркой и в процессе сварки особенно необходимы как средство борьбы со структурными напряжениями». Принимая сварку с подогревом эквивалентной выполнению сварки при высо ких режимах, автор приходит к заключению, что если в случае узкой полосы «подогрев привел к улучшению напряженного со стояния, то подогрев при наплавке на широкую полосу привел к ухудшению напряженного состояния». Касаясь влияния режима сварки, Н. О. Окерблом утверждает, что «если при низких режи мах сварки подогрев, как правило, приводит к увеличению пла стических деформаций, то при высоких режимах сварки подогрев приводит к уменьшению пластических деформаций растяжения и даже к напряжениям сжатия». На основании этих соображений автор заключает, что «однозначного ответа о влиянии подогрева дать нельзя, так как это влияние зависит от размеров свариваемых элементов и выбранных режимов сварки. В общем виде можно сказать, что при тех размерах полос и тех режимах сварки, кото
рые создают относительную узкую зону |
нагрева (по сравнению |
с общей шириной элемента), — подогрев |
ухудшает напряженное |
состояние, при размерах и режимах, создающих относительно широкую зону нагрева, подогрев улучшает напряженное состо яние».
Лютвеллер на основании своих исследований, а также Спрараген и Кордови [146] в дискуссии, посвященной вопросу влияния подогрева на сварочные напряжения, приходят к выводу, что наиболее эффективным является подогрев до Т0 = 200° С. Н. О. Окерблом [83] считает вывод этих авторов беспочвенным, частным и что применение подогрева целесообразно главным образом с «целью уменьшения скорости остывания и предотвра щения структурных напряжений». В одной из последующих ра бот [87], выполненных совместно с И. П. Байковой, Н. О. Окерб лом, определяя напряжения, возникающие при наплавке валика на кромку полос разной ширины из хрупкого материала при усло виях, когда при всех температурах материал сохраняет неизмен ными упругие свойства, он отмечает наличие предельной ширины полосы, при которой наступает разрушение. Н. О. Окерблом на основании расчетов приходит к выводам, что «с увеличением раз-
меров изделия сварочные напряжения растут и могут вызвать разрушение в процессе остывания после сварки» и что «подогрев изделия в процессе сварки существенно снижает сварочные напря жения».
Таким образом, мы видим, что по вопросу о влиянии предвари тельного подогрева на сварочные деформации и напряжения в на стоящее время нет единого мнения. Между тем, проведенные нами опыты дали вполне определенный и положительный ответ на этот вопрос [116]. В дальнейшем (гл. V I I и т. д.) для замера деформа ций используем методику, которая во избежание повторений при ведена ниже. Для опыта были взяты десять одинаковых листов
а) |
6к |
X-- ф — Ф — Ф — ( 3 —
+- - - Ф - - ф - - ё - - Ф - Н
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
|
-— - Ф - - Ф - Ф - - © - - |
\5. |
|||
0,1 |
0,2 |
0,3 |
О'Л |
\и ,и і/ \иг |
|
||||
f r - f r - f r - |
~ |
|
'у
Рис. 18
стали типа СХЛ 250x150x10 мм, одинаково ориентированных по отношению к направлению прокатки. На соответственные про дольные кромки, совмещенные с осью х, первых девяти из них наплавлялся валик в одном и том же направлении и при одном и том же режиме. На лист № 1 до наплавки валика были приклеены проволочные датчики сопротивления У—8 в соответствии со схемой на рис. 18, а. Наплавка валика на кромку листа № 1 производи лась при нормальной температуре. Наплавка валика на соответ ственные кромки каждого из листов № 2—9 производилась после их предварительного равномерного нагрева в муфельной печи до назначенной начальной температуры Т0. Значения начальной равномерной температуры Т0 в момент начала и окончания на плавки указаны ниже.
|
№. листа |
Т„ в °С |
1 |
|
18 |
2 |
|
120—140 |
3 |
|
210—215 |
4 |
|
330—330 |
5 |
|
370—345 |
6 |
' |
530—475 |
7 |
|
560—530 |
8 |
|
670—625 |
9 |
|
750—705 |
8* |
|
115 |