Файл: Биметаллические трубы..pdf

Решая уравнение (21) относительно величины а4, определим допустимое соотношение размеров наружного слоя, при которых он

является опорной матрицей в процессе термодиффузионной обра­ ботки:

Из выражения (22) следует, что с увеличением предела текучести внутреннего слоя и соответствующего роста внутреннего рабочего давления Рр уменьшается подкоренное выражение и, следова­ тельно, оЦ смещается в сторону меньших значений, т. е. процесс

а;

0 , 8 -

0,6 -

0,4 -

0,2 -

термодиффузионной обработки будет стабилен при увеличении тол­ щины наружного слоя.

С ростом же предела текучести наружного слоя ох.„.т значение подкоренного выражения увеличивается, что соответствует возра­ станию а 4. В этом случае термодиффузионную обработку можно проводить при более тонком наружном слое. Аналогичное влияние на сц оказывает изменение размеров внутреннего слоя. Так, с уве­

значение подкоренного выражения и процесс становится возмож­ ным при меньших значениях а.\, т. е. при больших толщинах стенки наружной трубы.

кривой, термодиффузионную обработку можно проводить при лю­ бых значениях а 3 и сгт в т/ат н. т, соответствующих данной об­ ласти.

120

Предельное соотношение пределов текучести свариваемых мате­ риалов определится из условия неосуществимости процесса термо­ диффузионной обработки с внутренним подпором при а4 = 0 .

Для реального процесса это условие неприемлемо. Следова­ тельно, можно записать

Обозначим отношение пределов текучести металлов слоев

лов текучести тоже является функцией размеров внутреннего слоя (рис. 53)

h = f (аз)-

Процесс термодиффузионной сварки с применением внутреннего подпора возможен при значениях А,', лежащих ниже области, огра­

ниченной кривой (см. рис. 58), т. е. при повышении предела теку­ чести металла наружной трубы или уменьшении толщины стенки внутреннего слоя.

Следовательно, применение термодиффузионной сварки с вну­ тренним подпором ограничивается соотношением размеров слоев и их пределов текучести. Значительного расширения области при­ менения термодиффузионной сварки с внутренним подпором можно достигнуть применением наружных жестких чехлов-матриц или созданием наружного давления, достаточного для пластического деформирования наружной трубы. В этих случаях внутреннее дав­ ление может значительно превышать предел пластического сопро­ тивления двухслойной трубы, а следовательно, будет возрастать кон­ тактное давление и прочность сварки.

121

давления, способствующие плотному прилеганию свариваемых по­ верхностей и протеканию диффузионных процессов.

При этом возможны следующие случаи:

1 ) между слоями отсутствуют начальный натяг и зазор, сваривае­ мые поверхности соприкасаются по всей длине;

2 ) между слоями имеется начальный натяг за счет различной упругой отдачи после сочленения.

Рассмотрим первый случай. Предположив, что двухслойная труба при нагреве находится в области упругих деформаций, определим давление на границе контакта слоев.

Деформации труб под действием равномерного температурного поля будут:

В случае равенства коэффициентов линейного расширения метал­ лов труб напряжения на границе слоев не возникают и деформации

ления, вызывающие дополнительные радиальные и осевые переме­ щения в слоях и соответствующие им деформации:

в наружном слое

_ Uн

8 г н — > 8 г н — т з »

во внутреннем слое

где UH и UB— радиальные перемещения на границе слоев;

пг3 и пг4 — коэффициент Пуассона металла наружной и вну­ тренней труб соответственно при температуре тер­ модиффузионной обработки;

о2 1 и аг 2 — осевые напряжения в наружной и внутренней тру­ бах соответственно;

122

Из условия совместности деформаций граничащих слоев следует равенство суммарных деформаций слоев

£ н . т -"*■ 6 в . т И Л И

Используя решение Ляме—Годолина, перемещения границы слоев в зависимости от давлений, действующих на ней, можно запи­

где Рк — контактное давление на границе слоев при Т. Подставляя соответствующие значения в уравнение совместности деформаций, получим

Решая уравнение (24) относительно Рк, получим контактные давления, получающиеся при нагреве двухслойной заготовки, с уче­ том осевых напряжений, возникающих в результате различий осе­ вых перемещений слоев в связи с разницей коэффициентов расши­

Осевые напряжения в слоях определятся из уравнения совместно­ сти деформаций в осевом направлении [46]:

125