Файл: Сагалевич, В. М. Методы устранения сварочных деформаций и напряжений.pdf

В. М. САГАЛЕВИЧ

МЕТОДЫ УСТРАНЕНИЯ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

И НАПРЯЖЕНИЙ

МОСКВА

«М А Ш И Н О С Т Р О Е И И Е:

1974

6П4.3 С 12

УДК 621.791:621.7.011

Сагалевич В. М.

Методы устранения сварочных деформаций и напряжений, М., «Машиностроение», 1974.

248 с. с ил.

В книге рассмотрены методы уменьшения и устранения сварочных деформаций и напряжений, нашедшие применение в производстве. Приведены расчетные и экспериментальные данные по определению параметров этих методов н результаты исследований.

Книга предназначена для технологов и конструкторов, работающих в области сварочного производства, сотрудников иаѵчио-исследователь* скнх институтов и лабораторий, ведущих разработку методов устрд* нения сварочных напряжений и деформаций.

31206-058

6П4.3

Рецензент канд. техн. наук И. П. Байкова

© Издательство «Машиностроение», 1974 г.

ВВЕДЕНИЕ

При проектировании сварных конструкций и разра­ ботке технологии их изготовления должно уделяться большое внимание способам предотвращения или уст­ ранения сварочных деформаций и напряжений. Восста­ новление проектных размеров и форм сварных изделий требует больших затрат труда и не всегда может быть успешно осуществлено.

Исторически сложилось так, что под деформациями понимается не только изменение размеров, вызванное сваркой, но и изменение формы конструкции, которое обычно (в теории упругости и пластичности, теории обо­ лочек и т. д.) носит название перемещения. Термин «сварочные перемещения» — относительно новый и не всегда правильно воспринимается. Поэтому в связи со сложившейся тенденцией изменение размеров и формы конструкции и соединений от сварки объединяют общим термином — сварочные деформации.

Работы по созданию методов расчета сварочных де­ формаций и напряжений в конструкциях и рациональ­ ных способов их устранения проводятся в трех основных направлениях [4, 7, 19, 20, 21 и др.]. Первое — это разработка надежных и достаточно точных методов определения ожидаемых сварочных деформаций и на­ пряжений в различных типах сварных соединений и

средств, обеспечивающих правку конструкций в процес­ се сварки и после сварки.

Остаточные напряжения и пластические деформации могут оказывать отрицательное влияние на прочность, коррозионную стойкость и жесткость сварных конструк­ ций. Для устранения остаточных напряжений применя­ ют специальные методы в особенности для конструкций

3

5

Г л а в а I

ДЕФОРМАЦИИ, НАПРЯЖЕНИЯ И ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ПРИ СВАРКЕ

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

D связи с неравномерным нагревом изделий при свар­ ке возникают местные деформации металла, которые в зонах разогрева приводят к процессам сначала упруго­ го, а затем пластического локального течения металла. Образование пластических деформаций при сварке в некоторой области, включающей сварной шов и околошовную зону, является главной причиной изменения первоначальных размеров и формы сварных конструк­ ций. Наличие местных пластических деформаций, воз­ никших при каком-либо технологическом процессе, всегда приводит к образованию или перераспределению остаточных напряжений, которые, в свою очередь оказы­ вая силовое воздействие на конструкцию , в той или иной степени меняют ее размеры и форму в соответст­ вии с законами уравновешенности внутренних сил в замкнутых системах при сохранении условия минимума упругой потенциальной энергии. Сварку почти всегда ведут в «заневоленном» состоянии с той целью, чтобы соединяемые между собой детали или изделия, зафик­ сированные относительно друг друга с помощью жест­ ких связей или приспособлений, имели в процессе свар­ ки минимальные перемещения, чтобы свобода деформа­ ций металла в зоне сварных швов была ограничена и в конечном итоге деформации конструкций оказались ми­ нимальными.

Однако в большинстве случаев, особенно в мало­ жестких конструкциях, зажимные устройства в основ­ ном облегчают технологическое выполнение сварочного процесса. Снятие внешних сил при освобождении конст­ рукции от закреплений предоставляет ей полную свобо-

7

Возникающие при этом деформации практически ни­ когда не бывают равномерными по всему телу, но иног­ да суммируются со сварочными деформациями пропор­ ционально величине последних. Вследствие этого возни­ кают искажения формы конструкций (перемещения) и поле остаточных напряжений, определяющее это иска­ жение.

Нагрев металла в стесненных условиях — это по су­ ществу нагружение материала, аналогичное нагруже­ нию внешними силами. При этом, если температуры на­

при изменении температуры будет происходить в соот­ ветствии с диаграммой а —е, характерной для комнат­ ной температуры. Например, если средний стержень (рис. 1,а) нагреть до некоторой температуры Т°С, то при отсутствии связи с крайними стержнями он удли­ нится свободно на величину Дсв= а 77. Удлинение свя­ занных между собой стержней одинакового поперечного

такой температуры Т, выше которой Е и от начнут сни­ жаться, то и величина напряжений в нем будет падать,

как величина свободного удлинения Дсв пропорциональ­ на температуре Т, то будут протекать пластические деформации укорочения, которые после охлаждения стержня приведут к возникновению в нем остаточных напряжений растяжения.

Количественно изменение напряжений в стержнях в процессе нагрева среднего из них при независящем от температуры коэффициенте линейного расширения а нетрудно определить, если имеются для различных тем­ ператур нагрева диаграммы типа приведенных на рис. 1,6. Схематическая картина (рис. 1,б), показывающая изменение напряжений в стержне в процессе нагрева и охлаждения, 'свидетельствует о том, что увеличение температуры нагрева Т выше соответствующей точке 6'

8

приведет к одинаковым остаточным напряжениям (точ­ ка <9) для идеально пластичного материала (например, СтЗ) с пределом текучести при комнатной температуре От=24 кгс/мм2.

Рис. 1. Образец, состоящий из трех стержней, скрепленных жесткими плитами (а); диаграмма а—в при нормальных и повышенных темпе­ ратурах (б) и схема изменения на­ пряжений при нагреве и охлажде­

нии в среднем стержне (в)

Стрелками на рис. \,в показано направление изме­ нения напряжений при нагреве и охлаждении. Если тем­ пература не превышала величины Т, соответствующей дочке б, то остаточные деформации и напряжения в 'данной системе будут отсутствовать.

В рассмотренном случае присутствуют все три явле­ ния, сопутствующие сварке: а) деформация системы, которая при нагреве выше определенной температуры

9