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: 177

Скачиваний: 0

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

в точке у =•- — 2 — впервые достигает значения предела теку­ чести 0 S , т. е. Тк найдется из условия

< Ц ^ ) = о-;-

(8.20)

При этом напряжения в пластической зоне будут равны a's, а в уп­ ругой зоне деформации и напряжения определятся формулами (8.19), где вместо аТк необходимо подставить af'K. Смещения

и*1) при том же значении аТк основного параметра будут опре­ делять общее деформированное состояние полосы.

Таким образом, мы видим, что эта классическая задача теории сварочных деформаций и напряжений может быть решена при­ ближенно до конца аналитически. При этом полученные здесь выражения для деформаций, смещений и напряжений могут быть использованы для любой заданной свободной полосы с любым за­ данным режимом сварки, характеризуемым параметрами є2 , ех .

Опытная проверка

Опытная проверка изложенных выше результатов проводилась на образцах-полосках 11, 12, 13, 14, первый из которых имел размеры 600 X 50 X 7 мм, второй и третий — 1170 X 100 X X 7. мм, а четвертый — 1170 X 170 X 7 мм. Они были изготов­ лены из стали типа СХЛ. На одну из продольных кромок каждого из них наплавлялся валик при постоянном режиме сварки. Схема установки термопар приведена на рис. 27, а. Во всех случаях замеры температуры производились путем одновременных отсче­ тов по семи гальванометрам. Температурная кривая предельного состояния нагрева для образца 11 приведена на рис. 27, б. Замеры деформаций во всех случаях производились методом, изложенным

вп. 28. Датчики к образцам приклеивались после наплавки валика

ипоследующего остывания с двух сторон листа и были соответ­ ственно обозначены: /—5; /'—5'. Схема приклейки датчиков к об­ разцу 11 приведена на рис. 27, а. После приклейки и сушки по­ казания датчиков контролировались до тех пор, пока они не станут стационарными. Датчики 3, 5, V, 2', 5' не дали показания после вырезки из-за повреждения при вырезке. Показания всех осталь­ ных датчиков образца 11 как до, так и после вырезки, приведены ниже в табл. 12, где Р — реахорда, Д — диапазон. Там же даны значения продольных относительных деформаций этой полосы, которые нанесены на рис. 27, в значками Д , X . Для этого образца

зона нагрева до Т > Тк при Тк = 600° С без учета толщины на­ плавленного металла имеет ширину ^0,59 см. Средняя толщина наплавленного металла оказалась равной 1 мм. Таким образом,

зона нагрева до Т $ s

Тк

имеет ширину є 2

= 0,69 см. Тогда, имея

в виду, что 26 = 5,1

см,

ах = b — ех =

1,86 см, а средний для

зоны

интенсивного нагрева предел

текучести

os

— 4700

кПсм2,

по формуле

(8.20)

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда

 

Оз =

0,561а£7\,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т'к

= 335° С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

постоянных Сх и С 2

из формул (8.19) получим:

 

 

 

 

 

 

 

6СХ

= —1150;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2С2

= —ИЗО.

 

 

 

 

 

 

 

Зная Сх и С2 , можно определить напряжения

охх

 

и деформации

упругой зоны (табл. 12).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На рис. 27, в приведен график

теоретических

 

значений

ехх,

полученных этим приближенным

методом. Сравнение опытных и

 

 

 

 

Таблица

12

теоретических значений ехх

 

 

 

 

указывает

 

на

их

удовле-

Остаточные деформации образца 11 стали

твор ительное соответствие.

 

 

типа СХЛ

 

 

 

Таким

образом, в случае,

 

Показания датчиков

 

S

 

когда ширина

зоны

наг­

 

 

 

 

 

а

 

рева до Т^ТК

сравнима

 

до вырезки

после вы­

ее

 

с

общей шириной

полосы

к

резки

 

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а1

 

 

 

 

оЭ

 

и

зона

нагрева

охваты­

Дат'

Р

Д

р

Д

с и *

 

вает всю ее ширину,

ос­

 

 

 

 

 

 

 

новная

гипотеза

 

дает

1

ИЗО

3

250

3

880

удовлетворительные коли­

2

1260

2

1760

2

—500

чественные

 

результаты и

4

750

7

600

7

150

в

силу

малой

жесткости

полосы

пластические

де­

3'

930

8

1350

8

—420

формации

нагрева

зоны,

4-

800

7

870

7

 

 

—70

 

где Т <

Тк,

будут

незна­

 

 

 

 

 

 

 

чительными

и

их

можно

а

 

 

 

 

 

 

не

учитывать.

 

 

 

случае оолее жесткой полосы,

когда ширина зоны

нагрева

до Т > Тк составляет лишь малую долю ее общей ширины, а ши­

рина температурного поля предельного состояния нагрева меньше

ширины

полосы, пластические деформации нагрева зоны, где

Т «5 Тк,

будут значительными и их надо учитывать. Для подтвер­

ждения

этого положения приведем результаты опытов с образ­

цами 12 и 13. Схема установки термопар и приклейки датчиков приведена на рис. 27, г, а на рис. 27, д приведены температурные кривые предельного состояния нагрева образцов 12 и 13 (1, 2). Опытные значения продольных деформаций с обеих сторон образ­ цов даны в табл. 13 и нанесены соответствующими значками на рис. 27, •, о — образец 12; X, Д —образец 13. В данном случае при толщине наплавленного металла в 1 мм для ширины

зоны нагрева до Т ^

600° С (рис. 27, д) имеем е 2 = 0,4

см. Тогда,

имея Ъ = 5,05 см,

a's = 4700 кГ/см2, а = 12,5-10_ в ,

из соотно-

Таблица 13

Остаточные деформации ехх- 10е образцов 12, 13 стали типа СХЛ

 

 

Образец 12

 

 

 

 

Образец 13

 

 

 

Показания

датчиков

 

 

Показания датчиков

 

 

Датчики

до вырезки

после вы­

о

до вырезки

после вы­

 

 

 

 

резки

 

 

 

резки

 

О

 

Р

Д

Р

Д

„*

Р

Д

Р

Д

"н

 

»*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

1460

4

760

4

700

1240

6

1400

5

840

2

610

7

1060

7

—450

1020

5

1600

5

—580

3

1450

8

940

9

—490

1380

5

1880

5

—500

4

1360

3

1610

3

—250

1330

6

1530

6

—200

5

1390

4

1420

4

—30

510

6

300

6

210

6

790

7

550

7

240

790

2

530

2

260

Г

1230

7

250

7

980

1110

3

270

3

840

2'

530

8

1080

8

—550

1490

8

—

—

—

3'

950

8

1650

8

—700

1010

4

1550

4

—540

4'

650

8

970

8

—320

1000

5

1220

5

—220

5'

1060

7

1140

7

—80

550

3

580

3

—30

6'

970

8

700

8

270

1350

6

1000

6

350

шений (8.19), (8.20) получим Тк = 221° С. При этом для относи­ тельных деформаций упругой зоны по формулам (8.19) будем иметь: ехх (0) = 108-10"6 , ехх(—Ь) = 207-10 6 . Эпюра этих относи­ тельных деформаций приведена на рис. 27, е (прямая /). Основная гипотеза в данном случае дает лишь качественную картину. Для получения удовлетворительных количественных результатов должны быть учтены пластические деформации нагрева зоны, где

Т << Тк.

Сначала используем первый способ уточнения

(п. 31).

Имея Ъ =

5,05 см, е 2 = 0,4 см, гх =

1,05 см (рис. 27, д), получим

«! = 3,5 см. При Е = 2- 10е кГ/см2,

ц = 0,3, a's = 4700

кГ/см2

соотношения (8.17), (8.16) дадут: г) =

4,0 см, 6СХ = —530, 2С2 =

= —984. Для относительных деформаций упругой зоны по фор­ мулам (8.11) получим: ехх (0) = —492-10~6, ехх{—Ь) = 843-10"6 (рис. 27, е, прямая 2). Отсюда ясно, что первый способ уточнения

дает несколько завышенные

по сравнению с опытными значения

деформаций.

 

 

Используем теперь упрощенный первый

способ уточнения,

т. е. примем, что вся зона,

где в предельном

состоянии нагрева

ТI Т

Т ^ Тс = * ~ у , получила активную пластическую деформа­ цию нагрева а (Тк — Т0). Ширина этой зоны с учетом толщины наплавленного металла (рис. 27, д) равна є 2 = 1,0 см. При этом

формулы

(8.19), (8.20) дадут:

Тк = 275° С, ехх (0) = —330 X

X 10 ~6 , ехх

(—Ь) — 580-10 ~Л

Отсюда ясно, что этот упрощенный

способ уточнения дает (рис. 27, е, прямая 3) вполне удовлетвори­ тельные количественные результаты.

Используем далее второй способ уточнения. Исследование микротвердости основного металла зоны шва показало, что она вместе с удалением от оси шва постепенно уменьшается и дости­ гает своего нормального значения на расстоянии 6,5 мм от кромки. Если учесть толщину наплавленного металла, то в соответствии

Рис. 28

со вторым способом уточнения получим, что зона шириной е 2 = = 0,75 см в предельном состоянии нагрева получила активную

пластическую деформацию а (Тк — Т0). При b = 5,05 см, ах

~

=

4,3 см формулы (8.19)

и (8.20) дадут: Тк = 256° С, ехх (0)

=

=

—238- Ю - 6 , ехх (—Ь) =

422- Ю - 6 . Отсюда ясно, что второй спо­

соб уточнения также дает удовлетворительные количественные результаты (рис. 27, е, прямая 4).

Таким образом, как упрощенный первый способ уточнения, так и второй способ уточнения позволяют получить удовлетвори­ тельные значения сварочных деформаций и напряжений, причем теоретические значения деформаций, полученные путем исполь­ зования второго способа, оказываются незначительно занижен­ ными по сравнению с их опытными значениями. В дальнейшем будем пользоваться как первым, так и вторым из этих двух спо­ собов уточнения.

Для образцов 11, 12, 13, имеющих соответственно Ц2Ь = 12, //26 = 11,7 (2Ь — ширина пластины), как показывают приведен­ ные выше результаты опытов (рис. 27, в, е), гипотеза плоских сече­ ний сохраняет силу. При уменьшении отношения 112Ь гипотеза плоских сечений теряет силу, что подтверждается рис. 28, где приведена кривая опытных значений продольных деформаций об­ разца 14, для которого U2b ^ 6,9.

Смотрите также файлы