Файл: Биметаллические трубы..pdf

Подставляя значения (25) в уравнение совместности деформаций, получим

Учитывая, что внутренние силы в двухслойной трубе уравновеши­

Следовательно, осевые напряжения создают дополнительные кон­ тактные давления. Это в значительной мере способствует получению надежной сварки слоев.

Для ряда металлов, с которыми приходится сталкиваться на практике, можно принять

т3 = т 4 = 0,27,

тогда

124

откуда видно, что

Рк

1,27 (ав ~ а п)ТЕ = f (а8; ««)•

На рис. 54 показана зависимость' контактного давления от гео­ метрических размеров труб. С ростом а 4 и а 3 происходит падение контактных давлений.

При увеличении радиуса границы контакта контактные давле­ ния возрастают до определенной величины, затем значения их сни­

жаются. На рис. 55 представлена зависимость ^ ^ д ^ ТЕ

от радиуса границы контакта. Максимум на кривых наблюдается при п = 0,5ч-0,55.

Для труб с меньшим раздельным диаметром контактные давле­ ния имеют большую величину.

Если имеются начальные контактные давления, полученные при совместной пластической деформации, то общее контактное давление будет равно сумме начальных и температурных контактных давле­ ний в области упругих деформаций:

При повышении начальных контактных. давлений и разницы коэффициентов линейного расширения общие контактные давления возрастают. Создание контактных давлений возможно и при а в =

125

= а н. В этом случае температурный натяг отсутствует, а контактные давления создаются только за счет различной упругой деформации слоев при совместной пластической деформации [25].

Если суммарные контактные давления превышают предел со­ противления пластическим деформациям менее прочного слоя, то начинается его пластическая деформация. Контактные давления в этом случае будут определяться пределом сопротивления пластиче­ ским деформациям менее прочного слоя:

Если на контактной границе только начались пластические де­ формации, то контактное давление, по данным [47 ]

Рк — 0,5от. Т(1 — ос!)-

Так как силы, действующие на границе на каждый слой, равны и началась пластическая деформация, можно записать равенство

Решая уравнение (26а) относительно а4, получим предельные его значения

Г° Т . н. т

При а 4 < ]/" 1 — Яі (1 — аз) двухслойные заготовки проходят тер­ модиффузионную обработку в области упругих деформаций наруж­ ного слоя. При — Яі (1 — аз) двухслойные заготовки про­

ходят термодиффузионную обработку в области упруго-пластических деформаций наружного и упругих деформаций внутреннего слоев. На рис. 56 представлена зависимость а\ = f (а3, Я4). По графикам и формулам можно определять и задавать размеры слоев для созда­ ния нужных контактных давлений или, зная размеры слоев двух­ слойной заготовки, определять контактные давления при нагреве до температуры термодифіфузионной обработки.

Пример. Труба из низкоуглеродистой стали сочленена без зазора с трубой из нержавеющей стали аустенитного класса. Размер труб после сочленения: наружной из низкоуглеродистой стал'и 48 X 1,1 мм,- внутренней из нержавеющей стали 45,8X4,5 мм.

Изменение основных свойств металлов в зависимости от темпе­ ратуры нагрева показано на рис. 57. Необходимо рассчитать кон­ тактные давления при нагреве до разных температур, в том числе и температуры термодиффузионной обработки, определить темпера­ туру, при которой начнется пластическая деформация на поверх­ ности контакта, и контактные давления в области пластических деформаций,

126

При нагреве двухслойной заготовки до 100° С основные свойства металлов будут следующими:

ат н = 20,5-9,8 Мн/м2; Е х = 2-104 -9,8 Мн/м2;

а н = 12,6-ІО“6; ссв = Ш-Ю“6;

каждые 100 град. Далее определяем сопротивление пластической деформации наружного слоя при каждой температуре:

= 10,5 МН/м2(1,05 кгс/мм2).

из анализа полученных расчетных данных следует, что при дости­ жении двухслойной заготовкой температуры 300° С контактные давления превосходят предел пластического сопротивления наруж­ ного слоя, следовательно, при нагреве до более высоких температур контактные давления будут определяться пределом сопротивления пластической деформации наружного слоя, так как а 4 > а' во всем

интервале температур.

127

По данным расчетов построены графики изменения контактного давления в зависимости от температуры нагрева двухслойных заго­ товок (рис. 58).

При нагреве до температуры диффузионной сварки, равной для двухслойных труб нержавеющая сталь — углеродистая сталь 1050—

«с

1100° С; наружный слой заданных размеров пластически деформи­ руется.

При изменении соотношения размеров слоев, выражаемого коэф­ фициентом плакирования, контактные давления будут зависеть от сопротивления пластическим деформациям менее прочного слоя (рис. 59).

С повышением температуры контактные давления снижаются и максимальные значения их смещаются в сторону меньших зна­ чений коэффициента плакирования.

Исследование процесса термодиффузионной сварки

В процессе термодиффузионной обработки должна быть получена прочная сварка слоев из разнородных металлов. Прочность сварки слоев в основном зависит от температуры нагрева, времени выдержки, контактного давления и состояния контактных поверхностей. Иссле­ дования проводили на образцах двухслойных труб углеродистая сталь + нержавеющая сталь и углеродистая сталь + цветной ме­ талл (медь).

Для выбора режима термодиффузионной обработки и установ­ ления влияния начальных контактных давлений на прочность сварки

128