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

Изменение температуры в центре каждого из этих листов кон­ тролировалось термопарой. После наплавки валика и последую­ щего остывания на обратную сторону листа № 1 и на листы № 2— 9, а также на лист № 10, который не был подвергнут предваритель­ ному нагреву и наплавке на кромку, были приклеены проволочные датчики сопротивления /—16 в соответствии со схемой на рис. 18, б. Лист № 10 был использован для выяснения наличия начальных напряжений в исходных листах. На строгальном станке снятием тонкой стружки были вырезаны все датчики этого листа по их

контурам. При этом показания всех этих датчиков до и после вырезки оказались одинаковыми. Из этого следует, что использованные листы были свободны от начальных на­ пряжений. Показания датчиков

того же листа после вырезки. Этот факт является достаточным, чтобы утверждать, что способ вырезки не оказывал заметного влияния на показания датчиков. Таким же способом были полу­ чены значения деформаций в точках других листов. Для иллю­ страции на рис. 19 приведены кривые изменения продольных деформаций в точках поперечного сечения х — 100 мм вместе с изменением начальной температуры Т0, где точки сие, по-види­ мому, выпали. Для сечений х = 50 мм, х = 150 мм, х = 200 мм получены аналогичные кривые [116]. Эти кривые подтверждают тот факт, что сварочные деформации и напряжения могут быть практически исключены повышением начальной равномерной тем­ пературы свариваемых элементов до температуры Тк данного металла. Более того, эти кривые показывают на возможность уменьшения сварочных деформаций и напряжений на 60—70% путем начального равномерного нагрева свариваемых элементов до температуры синеломкости. Действительно, все эти кривые имеют более или менее резкий перелом при температурах, лежа­ щих вблизи 330—350° С. Это можно объяснить следующим обра­ зом. Известно, что характеристики пластичности б и i|) металлов,

подверженных старению, при температуре синеломкости прини­ мают свои минимальные значения в интервале температур от нор­ мальной до Г ^ Тк. Последующие опыты показали, что синелом­ кость рассматриваемой стали имеет место в интервале температур 200—400° С, причем наибольшее понижение характеристики пла­ стичности -ф при Т = 270-г-ЗОО0 С достигает 10% ее нормального значения. На кривых, приведенных на рис. 19, указанный выше перелом имеет место внутри интервала 300 < Г < 350° С. Равно­ мерный нагрев листа до температуры синеломкости Тс перед наплавкой (сваркой) может привести не только к снятию недопущенных температурных деформаций, которые могли бы быть на­ коплены к моменту достижения температуры синеломкости Тс при наплавке на лист, имеющий начальную нормальную равно­ мерную температуру. Такой нагрев приведет также к относительно меньшим сварочным деформациям и напряжениям.

Вместе с тем, кривые на рис. 19 показывают, что дальнейшее повышение начальной температуры до Т0 = Тс + (100-4-150)° С не имеет практического смысла, так как получающиеся при этом сварочные деформации и напряжения или превосходят значения при Т0 = Тс или оказываются приблизительно такими же.'

Очевидно, что полученные результаты будут иметь силу для достаточно жесткого листа любых размеров из металлов рассматри­ ваемого класса (п. 26), свободного от начальных макронапряжений и имеющего повышенную начальную равномерную температуру или, другими словами, сварочные деформации и напряжения в этом случае будут уменьшаться независимо от геометрических размеров свариваемых элементов достаточной жесткости вместе с повыше­ нием их начальной равномерной температуры Т0. Если начальная равномерная температура свариваемых элементов близка к темпе­ ратуре Тк их металла, то после сварки и последующего равномер­ ного остывания сварочные деформации и напряжения практически будут отсутствовать. Если начальная равномерная температура свариваемых элементов, свободных от начальных напряжений первичной термообработки, близка к температуре синеломкости их металла, то сварочные деформации и напряжения после осты­ вания будут на 60—70% меньше значений, получающихся после сварки при нормальной начальной температуре.

Повышение начальной равномерной температуры свариваемых элементов приводит к уменьшению сварочных деформаций и на­ пряжений потому, что с ее повышением, т. е. с уменьшением раз­ ности температур Тк — Т0, уменьшается величина температурных пластических деформаций сжатия при наплавке (или сварке). Очевидно, что уменьшения разности Тк — Т0 можно добиться не только за счет начального равномерного нагрева элементов, подлежащих сварке. Эту разность можно в принципе уменьшить также при помощи такого начального неравномерного нагрева свариваемых элементов такой достаточной жесткости, что этот нагрев вызовет только малые перемещения с их малыми производ-

ными (п. 10) и не сопровождается появлением температурных пла­ стических деформаций сжатия.

Таким образом мы установили, что для металлов рассматривае­ мого класса разность Тк — Т0 является тем физическим пара­ метром, изменением которого можно управлять как сварочными деформациями и напряжениями, так и механическими свойствами основного металла зоны шва, где геометрия соответствующей изо­ термической поверхности Тк будет определяться формой и раз­ мерами свариваемых деталей, мощностью источника, скоростью его перемещения и теплофизическими характеристиками металла (п. 4, 8, 9). Это положение используется для построения прибли­ женной теории сварочных деформаций и напряжений. Оно может быть использовано также на практике для* уменьшения или исклю­ чения сварочных деформаций (напряжений). Например, на основе этого положения на Ленинградском заводе им. М. В. Ломоносова разработана и внедрена в производство технология различных способов сварки кварцевого стекла, обеспечивающая отсутствие сварочных деформаций и напряжений.

Полученные в этом параграфе результаты для элементов доста­ точной жесткости, изготовленных из металлов рассматриваемого класса и свободных от начальных макронапряжений, позволяют сделать следующие выводы.

1.Повышение начальной равномерной температуры свари­ ваемых элементов приводит к уменьшению остаточных сварочных деформаций и напряжений. Если начальная равномерная темпе­

ратура свариваемых элементов близка к температуре Тк их ме­ талла, то остаточные сварочные деформации и напряжения в таком сварном соединении практически будут отсутствовать. При этом статические механические характеристики основного металла зоны шва после сварки и остывания будут такими же, как и всюду вне зоны термического влияния (п. 24, 25, 27). Если начальная равномерная температура свариваемых элементов близка к темпе­ ратуре синеломкости их металла, то остаточные сварочные дефор­ мации и напряжения будут на 60—70% меньше значений, полу­ чающихся после сварки при нормальной температуре. Механиче­ ские, характеристики металла зоны шва при этом также будут значительно улучшены.

2.Неравномерный нагрев подлежащих сварке элементов до

заданной температуры Т00 на кромках, не сопровождающийся пластическими деформациями и вызывающий лишь малые пере­ мещения и малые деформации, в зависимости от велиичины Т00 или исключает возможность появления остаточных сварочных деформаций и напряжений, или уменьшает их.

3. Повышение начальной температуры Т0 за температуру си­ неломкости по крайней мере до Тс + (100 -f-150)° С не имеет прак­ тического смысла, так как получающиеся при этом остаточные сварочные деформации (напряжения) или превосходят значения при Т0 — Тс, или оказываются приблизительно такими же.

4.Разность Тк — Г 0 для данного металла рассматриваемого класса является тем исходным физическим параметром, который определяет как остаточные сварочные деформации и напряжения, так и необратимые изменения механических свойств основного металла зоны сварного шва к моменту полного остывания. Этот факт лежит в основе предлагаемой приближенной теории свароч­ ных деформаций и напряжений.

5.Из изложенного следует, что сварка при пониженных темпе­ ратурах Т0 <С 0 приводит к относительно большим сварочным

трещин как в наплавленном металле, так и в основном металле околошовной зоны.

Глава 7

О С Н О В Ы П Р И Б Л И Ж Е Н Н О Й Т Е О Р И И С В А Р О Ч Н Ы Х Д Е Ф О Р М А Ц И Й И Н А П Р Я Ж Е Н И Й

29. ОСНОВНЫЕ ДОПУЩЕНИЯ И ГИПОТЕЗЫ

Предлагаемая приближенная теория сварочных деформаций и напряжений для металлов рассматриваемого класса базируется на следующих допущениях и гипотезах.

1.Рассматривается металл, который резко теряет свою способ­ ность сопротивляться пластическим деформациям в определенном для него достаточно узком интервале температур. Для простоты принимается, что он теряет способность сопротивляться пласти­ ческим деформациям при определенной средней в этом интервале температуре Тк.

2.При сварке имеет место мощный сосредоточенный нагрев подвижным источником весьма ограниченной зоны изделия до тем­

ператур Т ^ Тк. *В каждом конкретном случае огибающая под­ вижной изотермической поверхности Тк предельного состояния нагрева может быть найдена опытом или же методом, разработан­ ным академиком Н. Н. Рыкалиным (гл. 2).

3.При установившемся режиме ручной и автоматической сварки ширина зоны термического влияния как линейного шва, так и любого из пересекающихся швов, а также механические характеристики металла этой зоны вдоль линий, параллельных оси шва, по длине шва остаются постоянными.

4.Структурные изменения основного металла, изменения его механических свойств, а также деформации (напряжения), возни­ кающие в результате мощного сосредоточенного нагрева элемента достаточной жесткости, свободного от макронапряжений, и его

ному по толщине нагреву неподвижным источником ограниченную внутреннюю часть достаточно большого плоского листа, имеющего начальную равномерную температуру Т0, так, чтобы температура