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: 165

Скачиваний: 0

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

так и некоторое кольцо с внешним радиусом b вокруг отверстия листа, а остальная часть листа останется в упругом состоянии. Рассмотрим эти задачи. Используем первый способ уточнения, а именно, примем, что в предельном состоянии нагрева диск ра­

диусом

с получил активную пластическую деформацию сжатия

е(гР) = а (Тк—Т0),

где

с—радиус

окружности, являющейся

средней между изотермами Тк и Ту

(п. 31). При этом задача све­

дется к

сшиванию

диска

радиусом

сх

— с

[ 1 — а

(Тк—70)]

с листом с круговым отверстием радиусом с.

 

 

Диск

0 ^ г «£; сх.

Обозначим

через

о[1)

предел

текучести

материала диска. Диск после сшивания будет находиться в одно­

родном

напряженном

состоянии

 

 

 

 

 

 

 

 

 

„ ( ! ) _

„(1) _

„(1)

 

 

 

 

Считая

материал диска

несжимаемым

из

соотношений Генки:

 

 

 

 

ее

=

-|И2о-9-07).

 

 

(8.70)

 

 

 

 

 

 

 

получим

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6G

 

 

 

и, следовательно,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6G

 

 

 

 

(8.71)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При

этом

уравнение совместности

деформаций

 

 

 

 

 

 

de$

,

ее — ег

_

Q

 

 

(8.72)

 

 

 

 

йт

'

г

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

даст

 

 

 

 

 

 

const.

 

 

 

 

Кольцо

с ^ г «s; Ь.

Здесь

можно

использовать полученное

в п. 30

решение. В этом

случае, как показали

опыты,

средний

предел текучести металла диска о[Х)

— 3750 кГ/см2,

а предел теку­

чести

рассматриваемой

 

стали

типа СХЛ

o f = 3440

кГ/см2.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т<2>

 

Формула (7.35) в этом случае при а0

=

oi

, k ^y^'

а = с =

=2,9 см для радиуса пластической зоны дает b = 4,65 см. Условия сшивания (7.22) в соответствии с (7.23) и (8.71) на­

пишется в виде

 

т<1>

 

 

 

с

Ьо] ехр і КЗ2 arc sin 2k

6 / J

• — ca(TK

— T9).

6G

+

 

 

 

 

(8.73)

Последнее в точности совпадает с уравнением (7.36), получен­ ным для этой же задачи методом мгновенного охлаждения. Урав­

нение (8.73) при Е = 2-Ю6 кГ/см2,

ц, = 0,3,

с = 2,9 см, b =

=

4,65 см для модуля пластичности

дает ір І =

3,81.

 

Для радиальной деформации в отдельных зонах в соответствии

с

формулами (8.71), (7.37) получим:

 

Рис. 35

На рис. 35 приведена кривая теоретических значений ег (0), подсчитанных по этим формулам.

Опытная проверка

Для проверки полученных выше результатов был взят лист отожженной стали типа СХЛ, размера 5 0 x 5 0 x 1 см, имеющий центральное отверстие диаметром 22 мм. Отверстие заваривалось

по кругу при

помощи

электрода. В процессе заварки произво­

дились замеры

температуры при помощи восьми термопар путем

одновременных

отсчетов. Схема установки термопар приведена

на рис. 36, а.

На рис. 36, б приведена температурная

кривая

предельного состояния

нагрева. При расчетах принято

Тк =

=

600° С,

Т0

 

= б

и,

как

нетрудно подсчитать,

Ту = 160° С.

При этом рис. 36, б дает с = 2,9 см. Для определения деформа­

ций, возникающих в результате заварки заклепочного отверстия,

применялись проволочные датчики сопротивления, которые при­

клеивались после заварки

 

д.

 

 

 

и остывания по сечениям I

T

J

 

 

 

и

II

в

соответствии

 

со

'

'

 

 

 

схемой

рис. 36, е.

Замеры

 

 

 

 

 

деформаций

 

производи­

 

 

 

 

 

лись в двух взаимно пер­

 

 

 

 

 

пендикулярных направле­

 

 

 

 

 

ниях с двух сторон листа.

 

 

 

 

 

После

сушки

и контроля

 

 

 

 

 

их

показаний

в

течение

 

 

 

 

 

нескольких

дней

снима­

 

 

 

 

 

лись

начальные

замеры.

 

 

 

 

 

Последующие

замеры сни­

 

 

 

 

 

мались

после вырезки дат­

 

 

 

 

 

чиков. Все замеры

произ­

 

 

 

 

 

водились прибором ИД-2.

 

 

 

 

 

Данные

 

замеров

приве­

 

 

 

 

 

дены

в

табл.

 

15 и 16

для

 

 

 

 

 

сечений / — I

и 77—II

со­

 

 

 

 

 

ответственно и полученные

 

 

 

 

 

значения

радиальной

 

де­

 

 

 

 

 

формации

нанесены

 

на

 

 

 

 

 

рис. 35,

где

 

Л — опыт­

 

 

 

 

 

ные значения

 

для сечения

 

 

 

 

 

I—/

сверху,

V

— Для

 

 

 

 

 

сечения

 

I—I

 

снизу,

 

X ,

 

 

 

 

 

-|

 

то

же

для

сечения

 

 

 

 

 

^ II—II

 

 

соответственно

 

 

 

 

 

сверху и снизу. Датчики /

 

 

 

 

 

и

2

приклеены

в

зону

 

 

 

 

 

упруго-пластических

 

де­

 

 

 

 

 

формаций

и применяемый

 

 

 

 

 

здесь

способ

замеров

поз­

 

 

 

 

СечениеН

воляет

получить

лишь

 

 

 

 

 

упругую

деформацию

в

 

 

 

 

 

каждой из этих точек. При

 

 

 

Рис. 36

 

 

 

3750 кГ/см2,

[А =

0,3

 

 

 

радиальной

деформации

теоретическое

значение упругой части

в точке / (датчики 1,

рис. 36, е)

равно 1,31 - Ю - 3 ,

т. е. она

равна

среднему опытному значению деформации ег

в этой точке.

Если

к

опытным

упругим

радиальным

деформациям в точках

/

и 2

прибавить

соответствующие

теоретические

радиальные

пластические

деформации в

 

тех же точках, то получим практи­

чески

полное

совпадение теоретических

и опытных

значений ег.

Таблица 15

Остаточные деформации по сечению /—/ в результате заварки заклепочного отверстия

 

Показания

прибора

К

 

 

 

ИД-2

 

ёЗ

 

 

 

после

КИ

после

4

я

вырезки

а

3

ТЧИ

сварки

датчиков

s s ,

 

 

(J D-o

 

 

 

 

 

О О ~

ЕС

Д

р

Д

р

Я-В V

О х » 4

1

3

1810

3

410

— 1400

V

4

2210

4

930

— 1280

2

6

1150

6

590

—560

2'

4

950

4

270

—680

3

6

820

6

480

—340

3'

5

1460

5

1190

—270

4

6

800

6

610

—190

4'

7

1320

7

1170

—150

Таблица 16

Остаточные деформации по сечению //—// в результате заварки заклепочного отверстия

 

Показания

прибора

 

 

 

ИД-2

 

 

 

 

 

после

ч *

гчики

после

н л

вырезки

о о *-<

 

s S .

 

сварки

датчиков

о ао

 

д

Р

д

р

 

/

8

1150

7

660

—1490

V

5

1770

5

570

— 1200

2

3

1380

3

650

—730

2'

4

490

3

880

—650

3

2

1610

2

1420

— 190

3'

5

1080

5

730

—350

4

7

1170

7

1000

—170

4'

7

1280

8

1220

—60

Необходимо отметить, что примененный здесь способ уточне­ ния теоретического решения обеспечивает хорошее совпадение теоретических и экспериментальных данных несмотря на то, что в данной задаче имеем источник длительного действия, создаю­ щий широкую зону между изотермами Тк и Ту. Этот способ уточ­ нения дает не менее хорошие результаты и при подвижном источ­ нике. Необходимо отметить, что экспериментальное исследова­ ние температурных полей и остаточных деформаций при дуговой заварке отверстия в плоском стальном листе дано и в работе [6], где указывается, что тензометрические измерения подтвердили возможность расчета остаточных напряжений по ранее предло­ женному методу [7] . Вместе с тем в работе [17] отмечается, что результаты решения этой задачи по методу [7] существенно от­ личаются от опытных данных.

41. ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ В ТОЧКАХ ЛИСТА, ВЫЗЫВАЕМЫЕ ВВАРК0Й ЗАПЛАТКИ КРУГОВОЙ ФОРМЫ

Рассмотрим деформации и напряжения в точках большого листа с круговым отверстием, возникающие в результате вварки заплатки круговой формы в его плоскости. В этом случае линией перемещения источника будет окружность. Как известно [103], температурное поле источника, перемещающегося по кривой, не изучено. Рассмотрим случай, когда полуширина изотермы Тк достаточно мала по сравнению с радиусом отверстия, и температур­ ное поле подвижного источника не получает существенных иска-

жений

от

влияния температуры

ранее

наложенных участков

(п. 38,

39).

При этих условиях,

как

показали наши опыты

(п. 38, 39), полосы цветов побежалости представляют круговые кольца с тем же центром и температурное поле источника, пере­ мещающегося по окружности, может быть исследовано методом,

разработанным в работе

[103]. Обозначим через 7?х

и ~R2 радиусы

окружностей, соприкасающихся с подвижной изотермой Тк с

вну­

тренней и наружной сторон линии перемещения

 

 

источника. В первом приближении

можно пре­

 

 

небречь

влиянием

температурного

состояния

 

 

всей

области,

где

в

 

предельном

 

состоянии

 

 

нагрева

Т ^

Тк, т. е. принять что во всей этой

 

 

области

Т

=

Т0.

Тогда в соответствии с основ-

l^jv

 

ной

гипотезой

каждый

элемент,

оказавшийся

 

 

внутри изотермы предельного состояния нагрева

 

 

в момент достижения

его

температурой значе­

 

 

ния Тк,

при остывании

получит

пластическую

 

 

деформацию

сжатия

а (Тк — Т0).

 

Если

при

 

 

прохождении

электрода по окружности каждый

 

 

из таких элементов в указанный момент

осво­

 

 

бодить от остального листа, то получим

диск

 

 

радиусом

Ru

 

лист

с

круговым

 

отверстием

 

 

радиусом

R2

и круговое

кольцо с внутренним

 

 

радиусом Ri

=

R J [ 1 — а (Тк

— Т0)

] и наруж­

 

 

ным радиусом R2 = R2

 

[1 — а

 

(Тк—

 

Т0)],

 

 

имеющие, равномерную

температуру

Т0.

 

 

 

 

При этих условиях задача определения

 

 

приближенных

значений деформаций и напря­

 

 

жений,

возникающих

 

в

точках

листа

после

 

 

вварки

заплатки

и остывания,

сведется

к

определению дефор­

маций

и

напряжений

 

составного листа, получающегося в ре­

зультате

сшивания

кольца

//

с

 

диском

/ и с

листом

///,

имеющим круговое отверстие (рис. 37). Для получения удовлетво­ рительных количественных результатов необходимо учесть пласти­ ческие деформации нагрева тех областей, где в предельном состоя­ нии нагрева Т < Тк. Для учета этих пластических деформаций используем первый способ уточнения (п. 31). В данном случае этот способ дает, что активную пластическую деформацию сжа­

тия а (Тк — Т0)

получают все

элементы,

оказавшиеся

внутри

кольца, внутренний и наружный радиусы

Rx и R2 которого оп­

ределяются как

средние между

радиусами

окружностей

Тк и Ту

предельного состояния нагрева с наружной и внутренней сторон линии перемещения источника. Тогда по второму методу (п. 29) задача определения сварочных деформаций и напряжений исход­ ного листа сведется к определению деформаций и напряжений составного листа, получающегося путем сшивания кольца с вну­ тренним и наружным радиусами Ri = Ri [ 1 — а (Тк—Т0)],

Смотрите также файлы