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

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 11.04.2024

Просмотров: 182

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

а(Тк — Т0), где а — среднее значение коэффициента линейного расширения в интервале Т0^Т «s; Тк. Из-за стесненности темпера­ турных деформаций во время последующего остывания величина

а(Тк — Т0) в основном определяет деформации и напряжения листа после его полного остывания. Это положение мы называем основной гипотезой. Она определяет величину активной части пластической деформации зоны интенсивного нагрева в первом приближении*.

Для нахождения соответствующих значений деформаций (на­ пряжений) изделия после его остывания могут быть использованы следующие два метода.

Первый метод. В момент выравнивания температуры до Тк внутри поверхности Тк при остывании изделие принимается сплошным и свободным от напряжений. Последние в основном возникают в результате остывания от Тк до Т0 его части, содержа­ щейся внутри поверхности Тк и получившей при нагреве актив­ ную пластическую деформацию сжатия а (Тк — Т0). Поэтому задачу определения сварочных деформаций (напряжений) в первом приближении можно свести к некоторому классу температурных задач деформируемого тела, где закон распределения темпера­ туры охлаждения ограниченной зоны изделия определяется зако­ ном распределения активных пластических деформаций нагрева той же зоны при сварке. При нагреве центра листа задача опреде­ ления этих деформаций (напряжений) сводится к определению деформаций (напряжений ) того же листа, возникающих при его охлаждении в соответствии с законом:

О ^ г ^ а ; Т = - Г к

=

-(Тк-Т0);

й <

/' <

оо;

Т — О,

 

где а — радиус изотермы

Тк.

 

 

температуры до Тк

Второй метод. К моменту

выравнивания

внутри поверхности Тк при остывании часть изделия, ограничен­ ная этой поверхностью, получает активную пластическую дефор­ мацию сжатия а (Тк — Т0) в тех направлениях, в которых при нагреве стеснено температурное расширение. Если в этот момент указанную часть отделить от изделия, то к моменту остывания до начальной температуры Т0 она получит относительное уменьшение своих размеров на величину а (Тк — Т0) в направлениях, в ко­ торых было стеснено температурное расширение при нагреве, а остальная часть изделия принимается свободной от напряжений и имеющей равномерную температуру Т0. В соответствии с этим в общем случае задача определения приближенных значений сва­ рочных деформаций и напряжений, возникающих в результате наложения валика на поверхность тела, имеющего равномерную

* Учет пластических деформаций нагрева зоны, где в предельном состоя­ нии Г < Тк, см. п. 31.

температуру Т 0 , вдоль некоторой линии L, сводится к определению деформаций и напряжений тела, получающегося в результате сшивания двух тел с равномерной температурой Т0. Одно из этих тел получается из исходного путем последовательного удаления от него всех элементов, оказавшихся внутри изотермической по­ верхности Тк предельного состояния нагрева при перемещении источника по линии L из начального положения А в -конечное положение В, а другое из них образовано элементами, оказав­

шимися внутри

поверхности

Тк предельного состояния нагрева

и получивших к моменту выравнивания в них температуры до

Тк

при остывании

пластическую

деформацию сжатия а (Тк—

Т0)

в тех направлениях, в которых температурные деформации на­ грева были несвободны. Если S — поверхность сшивания, v — нормаль к этой поверхности в некоторой ее точке с радиусом-век­

тором р, V(1\

К( 2 )

— векторы

смещения

соответствующих

точек

поверхностей

тел

1 и

2 при сшивании, а

и р — криволинейные

координатные

оси

на

той же

поверхности, образующие

вместе

с направлением v ортогональную систему координат, то условиями сшивания указанных двух тел будут:

а ( 1 ) - а ( 2 ) -

 

V w - V { 2 ) =

kpa(TK~TQ),

 

 

где k = 1 для тех из направлений a,

(3, v, в которых при сварке

были стеснены температурные деформации; k = 0,

если в данном

направлении эти деформации не были стеснены.

 

 

Аналогично

может быть сформулирована задача

определения

приближенных

значений сварочных

деформаций

и

напряжений

в случае многосвязного тела. В случае нагрева в центре листа эти деформации и напряжения могут быть найдены путем сшивания

листа с круговым отверстием радиуса а с круговым диском радиуса

ax = а [1 — а (Тк —

Т0)].

Эта основная гипотеза справедлива во всех случаях, когда

размеры изотермы Тк

предельного состояния нагрева малы по

сравнению с теми размерами свариваемых элементов, которые обеспечивают их жесткость, стесняя температурное расширение зоны интенсивного нагрева. Применимость предлагаемой теории ограничена этим классом задач. Но указанное ограничение, если иметь в виду, что при сварке имеет место нагрев до Т ^ Тк весьма ограниченной зоны изделия, не суживает практическую примени­ мость этой теории. Действительно, при используемых на практике режимах сварки полуширина изотермы Тк не превосходит 3—4 си (см. стр. 79—83 в работе [103]),. а при больших скоростях сйарки (при автоматической сварке) она и того меньше, в то время как

длина изотермы Тк, при условии наличия жесткого металла спе­ реди и сзади, не может оказать влияния на сварочные деформации и напряжения.

Положение 1 является схематизацией общеизвестного опытного факта, а также используется и другими авторами [76, 83]. Такого рода схематизация нередко применяется в механике деформируе­ мого тела (например, схемы упруго или жестко-идеально пласти­ ческих тел) и себя оправдывает. Для рассматриваемой в настоящей работе стали типа СХЛ зависимости 0S, б, от температуры Т, полученные на основе проведенных нами опытов, даны на рис. 20. Положение 2 базируется

на работах

Н. Н. Рыка-

 

кГ/смгф, д,%

 

 

 

 

лина,

 

подтвержденных

 

 

 

 

 

 

 

А

опытами

в

работе

 

[103].

 

 

 

 

 

 

 

Положения

3,

4

базиру­

 

to

 

30

 

 

 

ются

на

изложенных в

 

 

 

 

 

п. 23—25, 27,

28

данной

 

30

 

 

 

 

/

4

работы

автора. Правомер­

 

\50V20

 

 

ность положения 5

(осно­

 

20

 

 

 

 

 

 

вной

гипотезы)

доказы­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

вается ниже в п. 30 путем

 

10

10

 

 

 

 

сравнения

 

теоретических

 

 

 

 

 

 

результатов,

 

полученных

 

 

 

100 200 300

^00

500 Б00

700 Г,°С

на

базе

основной

 

гипо­

 

 

 

 

 

 

 

 

тезы, с результатами

опы­

 

 

 

 

Рис.

20

 

 

тов

по

сосредоточенному

 

 

 

 

 

 

 

 

нагреву

средней

части

полосы с

заделанными

концами и

внутренней

части

большого

плоского

листа. Основная гипотеза

в определенном смысле развивает идеи работы

[93], где введены

функция

упругой

усадки х и полуширина зоны усадки X, знание

которых

позволяет авторам

[93]

найти улругое решение соответ­

ствующей

задачи.

 

 

случае к и X находятся

 

 

В

каждом конкретном

путем измере­

ний соответствующих размеров деталей до сварки и после сварки и вырезки.

Как указано выше (п. 29), эта гипотеза утверждает, что главное значение активной части' пластических деформаций при сосредо­ точенном равномерном по толщине нагреве ограниченной внутрен­

ней

части

большого плоского листа определяется величиной

а (Тк

— Т0)

в тех направлениях, в которых температурное расши­

рение при нагреве было не свободно. При сосредоточенном равно­ мерном по ширине и толщине нагреве средней части длины полосы с жестко заделанными концами температурное расширение будет стеснено главным образом в направлении оси полосы. Деформа­ ции и напряжения, возникающие в направлении оси полосы после такого нагрева и остывания, можно рассматривать или как попе­ речные для короткой пластины с заделанными продольными кра­ ями, или как продольные для полосы с заделанными концами. При

сосредоточенном равномерном по толщине нагреве неподвижным источником ограниченной внутренней части большого плоского листа температурное расширение будет стеснено в радиальных направлениях. В результате такого нагрева и остывания возни­ кает плоское поле остаточных напряжений. Из этой гипотезы сле­ дует, что при подвижном источнике все элементы в момент их выхода из подвижной изотермической поверхности Тк будут иметь активную пластическую деформацию сжатия а (Тк — Т0) в тех направлениях, в которых температурное расширение при нагреве было не свободно.

В дальнейшем (гл. 8) основная гипотеза и предложенные спо­

собы приближенного учета пластических

деформаций зон, где

в предельном состоянии нагрева Т < Г к

(п. 31), используется

для теоретического определения остаточных сварочных деформа­ ций и напряжений в сварных соединениях. Для ряда задач дается опытная проверка расчетных значений остаточных сварочных де­ формаций и напряжений, которая показывает, что приближенная теория дает удовлетворительные количественные результаты.

30. ОПЫТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ ОСНОВНОЙ ГИПОТЕЗЫ

Деформации и напряжения однослойных полос с заделанными концами, подвергнутых сосредоточенному нагреву посередине длины,

после последующего остывания

Возьмем плоскую полоску толщиной б, шириной Ь и длиной / с жестко заделанными концами. При равномерном по ширине и

толщине нагреве і-*—

ф 0. -з— — 0, -к- = 0) малого участка

длины этой полосы до

Т <> Тк недопущенные температурные де­

формации этого участка обратятся в деформации сжатия всей полосы. Если эти деформациисжатия упругие, то после после­ дующего остывания полоса будет свободна от напряжений.

При достижении температуры Т = Тк в более нагретой части этого участка длиной а1 температурные деформации как этой части полосы, так и всей остальной части обратятся в пластические деформации участка а1г и продольные напряжения в полосе будут отсутствовать. В этот момент пластическая деформация сжатия

участка а х будет состоять

из

недопущенной температурной

де­

формации а (Тк — Т0)

самого

участка а±

и его пластической де­

формации сжатия е<р>

от

температурного

расширения смежных

с ним участков полосы.

 

 

 

 

При дальнейшем повышении температуры участка ах до Т >

Тк

будут повышать свою температуру смежные с ним части полосы, причем температурные деформации как более нагретых, так и менее нагретых частей полосы будут происходить за счет пласти­ ческих деформаций более нагретых частей, где Т ^ Тк. Обозначим через а ширину изотермы в этом состоянии. Обратные температур-

ные деформации остывания как более нагретых, так и менее на­ гретых частей полосы будут происходить за счет обратных пла­ стических деформаций более нагретой части без ее сопротивления до тех пор, пока температура в этой части не выравнится до Т = = Тк. Поэтому в предельном состоянии нагрева активная часть пластических деформаций зоны интенсивного нагрева определится соотношением

а(Тк^Т0)

+

ё(р\

(7.1)

где е<р> — пластическая деформация

сжатия участка а,

вызван­

ная температурным расширением смежных с ним частей полосы. Если в этот момент участок а вырезать из остальной части полосы,

200

 

У

 

 

 

 

7 6 5

 

20

3

2

1

 

А

4

X

 

 

35

35

35

•

э -

Рис. 21

то к моменту своего остывания до начальной температуры Т0 он получит относительное укорочение (7.1). Но с момента выравни­ вания температуры до Т = Тк материал этого участка приобретает способность сопротивляться деформациям и в силу несвободности последующих температурных деформаций к моменту полного осты­ вания пластическая деформация (7.-1) будет компенсирована за счет деформации растяжения всей полосы.

Примем далее, что величина а (Тк — Т0) составляет главную часть пластической деформации участка а к моменту выравнивания

температуры внутри негодо Т = Тк

при остывании. Величинойе( р )

в тот же момент по сравнению с а

(Тк — Т0) можно пренебречь.

При этих условиях, если принять металл полосы однородным, основная гипотеза при применении второго метода для относи­ тельного удлинения в точках полосы после ее полного остывания дает

ехх= а ( Г « - Г о ) «• (7-2) Для опытной проверки этого положения были подвергнуты сосре­

доточенному нагреву полосы из сталей типа СХЛ, 4С,

1Х18Н9Т,

сплава АМГ-6Т и двухслойные

полосы с основным

слоем —

сталь 4С и плакирующим — сталь

1Х18Н9Т. Ниже

излагаются

результаты этих опытов.

 

 

Т >> 640° С

Сталь типа СХЛ. Сосредоточенному нагреву до

была подвергнута средняя часть каждого из образцов 3

и 4, имею­

щих поперечные размеры 50

X 7 мм (рис. 21). Концы этих образ­

цов при помощи болтов, а

также

лобовых и фланговых швов

Смотрите также файлы