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

ПРИМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ВИБРИРОВАНИЯ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

За рубежом все большее распространение находит вибрационный способ снятия остаточных сварочных на­ пряжений в сварных конструкциях. Сущность способа заключается в создании в сварных конструкциях (после сварки) переменных напряжений определенной величи­ ны с помощью механических вибраторов. Вибрирование, как правило, осуществляется на резонансных и близких к резонансным частотах в течение определенного про­ межутка времени.

В отдельных случаях вибрирование применяется взамен термообработки, что экономичнее примерно в 1 0 раз, так как имеет ряд следующих существенных преимуществ:

1. Необходимое для этого оборудование являет универсальным для различных конструкций, компакт­ ным и переносным.

109

2 . Стоимость оборудования, обслуживания и ухода за ним невелика.

3. Процесс снятия сварочных напряжений протекает быстро (так, максимальная продолжительность обра­ ботки наиболее крупной детали массой 50 т составляет

0,5 ч).

способа, используемом оборудовании, а также некото­ рые результаты его исследований.

В результате исследований установлено влияние чис­ ла циклов при определенных переменных напряжениях на степень понижения остаточных сварочных напряже­ ний в образцах из низколегированной стали. На рис. 45 показано влияние числа циклов нагружения на остаточ­ ные напряжения при действии переменных напряжений

с 24 до 10 кгс/мм2.

110

линии упругости на всем протяжении действия нагруз­ ки и немного уменьшается к концу (Д В )— эффект Bay — Шингера.

Последующие нагрузки заставляют материал прини­ мать такие параметры, пока ие образуется стабильная петля гистерезиса С'ЕВ"Е'С'.

Таким образом, если учесть, что в исходном состоя­ нии величина остаточных напряжений соответствует напряжениям ал, то после вибрации величина напря­ жений соответствует of., а снижение остаточных напря­ жении равно разности аЛ—Ок-

Конечный результат вибрации является функцией величин переменных напряжений и характеристик упру­ го-пластических свойств материала при циклических нагружениях (циклически упрочняемый или разупрочпяемый материал).

Необходимым условием, при котором наблюдается снижение остаточных деформаций, является достижение предела текучести при вибрации сочетанием остаточных напряжений и напряжений, вызванных приложением пе­ ременных нагрузок.

Величина предела текучести при циклическом нагру­ жении для некоторых материалов может быть снижена в 2 раза по сравнению с пределом текучести при ста­ тическом нагружении, в связи с чем при сравнительно небольших величинах пульсирующих напряжений на­ блюдается сокращение остаточных напряжений.

В зависимости от материала предел текучести при знакопеременной нагрузке может быть либо выше (ци­ клически упрочняемые материалы), либо ниже (цикли­ чески разупрочняемые материалы) предела текучести при статической нагрузке.

Степень снятия остаточных напряжений можно опре­ делять по кривой о—в материалов (по величине за­ данной знакопеременной нагрузки и общего остаточно­ го напряжения). Величина уменьшения остаточных на­ пряжений является функцией воздействующих напря­ жений. Наибольшее уменьшение напряжений происхо­ дит при первом цикле; последующее уменьшение оста­ точных напряжений имеет место в следующих 1 0 0 цик­ лах и относительно небольшое уменьшение происходит при большом числе циклов.

При испытании крупногабаритных сварных конструк­

112

ций вибрационное снятие напряжений наблюдается в. отдельных локальных зонах.

Томас Д. Келсо приводит описание специального обо­ рудования для снятия остаточных напряжений вибриро­ ванием. Отличительной особенностью оборудования яв­ ляется наличие автоматической системы, позволяющей вводить деталь в резонанс и поддерживать резонансную частоту в процессе вибрирования. Автор приводит зави­ симость времени вибрирования от массы детали при мощности электродвигателя 1 л. с. Так, для деталей; массой 9 т время вибрирования составляет порядка 15 мин. Способу смятия остаточных напряжений вибра­ цией присущи также определенные недостатки, к числу которых можно отнести: 1 ) зависимость эффективностиспособа от материала и формы детали. Способ ие при­ меним для деталей, у которых резонансная частота выше, чем частота вибратора (короткие детали с боль­ шими моментами сопротивления); 2 ) необходимость в- подкладках из резины или пенопласта, на которых должна находиться деталь.

Обзор зарубежных исследований показывает, что в- большинстве из них вопросы снятия остаточных напря­ жений рассмотрены скорее с количественной, чем с ка­ чественной стороны. О влиянии числа циклов нагруже­ ния и эффективности способа высказываются противо­ речивые мнения. В целом на механизм вибрационного способа снятия остаточных напряжений и, особенно, на его количественное выражение взгляды отдельных ав­ торов не совпадают. Это, вероятно, можно объяснить отсутствием толкования механизма процесса с физиче­ ской точки зрения [16].

Однако способ может быть перспективен, так как обладает рядом существенных преимуществ по сравне­ нию, например, с термообработкой.

СНЯТИЕ НАПРЯЖЕНИЙ и у с т р а н е н и е д е ф о р м а ц и й

ВИБРОНАТЯЖНЫМ СПОСОБОМ

Сущность внбронатяжиого способа правки заклю­ чается в наложении на продольные растягивающие на­ грузки поперечных вибрационных, создаваемых механи­ ческим вибратором, установленным на конструкции в направлении, перпендикулярном плоскости листа, с ча­ стотой, близкой к резонансной.

113

вает создание напряжений растяжения в образце в пре­

для предварительного нагружения. Схема монтажа вибра­ тора с приводным двигателем на раме стенда показана на рис. 47,б. Вибратор состоит из корпуса У, сваренного из алюминиевого сплава, диска 2, на котором закреплены съемные грузы дисбаланса 3. Вращение от приводного двигателя 4 к диску вибратора передается с помощью клиноременной передачи. Крепление вибратора с испы­ тываемым образцам 5 осуществляется с помощью четы­ рех струбцин 7. Горизонтальная составляющая вибра­ тора уравновешивается рычагом 8 и шарниром 6. С по­ мощью такого вибратора возможно создание перемен­

конструкций с развитым поперечным сечением являются величины воздействующих (растягивающих и вибраци­ онных) напряжений в процессе правки.

Экспериментальное определение зависимости оста­ точных деформаций и напряжений от величины растя­

остаточными напряжениями по ширине пластины и ве­ личинами растягивающих и вибрационных напряжений.

чением величины приложенных напряжений растяжения величина остаточных напряжений уменьшается и тем

115