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

быстрее, чем больше величина наложенных вибрацион­

ных напряжений.

Влияние воздействующих напряжений на степень снижения остаточных деформаций показано на рис. 49, из которого видно, что одинаковый эффект снижения

Рис. 48. Остаточные напряжения в пластане после сварки (1) и при приложении раз­ личных вибрационных (Ошібр) напряжений при максимальных суммарных напряже­

ниях 20 кгс/см2:

деформаций может быть достигнут путем создания на­ пряжений растяжения 2 0 кгс/мм2, приложенных стати­ чески, или наложением на напряжения растяжения ар=

10кгс/мм2 вибрационных стШІср=±3 кгс/мм2. Наибольший спад остаточных деформаций наблю­

дается при напряжениях растяжения 12—-18 кгс/см2, при больших напряжениях эффект вибрирования менее значителен и приближается к чистому растяжению. Это связано, по-видимому, с образованием равновесного поля остаточных деформаций при высоких статических напряжениях.

К числу основных параметров способа, кроме воз­ действующих напряжений, относятся также продолжи­ тельность и частота вибрирования. В случае, если про­ цесс стабилизируется после продолжительного вибриро-

116

вання, т. е. после большого числа циклов нагружения, ом будет носить усталостный характер.

Показателем в оценке влияния времени вибрирова­ ния являлась величина разности остаточных деформа-

остаточных деформации от величин растя­ гивающих и вибрационных напряжении

ций до и после воздействия заданными нагрузками опре­ деленный промежуток времени (рис. 50). Процесс сня­ тия остаточных напряжений стабилизируется в основном

117

тельность стабилизации меньше, чем при низких. Полная стабилизация наступает по истечении 2 мин

(после N —5 -ІО3), поэтому следует полагать, что уста­ лостных явлений в данном процессе не наблюдается. Полученные результаты хорошо согласуются с резуль­ татами работ по исследованию пластичности при пере­ менных нагрузках н исследованиями по снятию оста­ точных напряжений вибрацией, где делается вывод о наибольших остаточных деформациях и напряжениях при циклическом нагружении в первых 1С0 циклах. Та­ ким образом, следует считать оптимальным промежуток вибрирования, равный 2 мин.

Влияние частоты колебаний исследовано в диапа­ зоне частот 10—3000 Гц, при этом интенсивность коле­ баний оставалась постоянной, порядка 2 тс/см2. Иссле­ дования в диапазоне 10—100 Гц проведены с помощью инерционного вибратора.

Для создания колебаний в диапазоне 100—3000 Гц использовали индукционный вибратор. Интенсивность колебаний при использовании инерционного вибратора можно ограничить соответствующим уменьшением вели­ чины возмущающего усилия с увеличением частоты; при использовании индукционного вибратора — ограничите­ лем мощности вибратора. Частота вибрирования не ока­ зывает существенного влияния па эффективность спо­ соба. Данный вывод совпадает с данными работы [16] о влиянии звуковых колебаний на прочность конструк­ ционных материалов ракет и снарядов, где указывается, что на прочность при вибрации основное влияние оказы­ вает интенсивность колебаний, а не частота.

Как видно из приведенных результатов исследований влияния частоты вибрации, значительно большее влия­

виях с помощью механических вибраторов. В связи с этим целесообразно осуществлять вибрацию на часто­ тах, близких к резонансным I или II тона колебаний, при этом потребуются меньшие мощности вибрационных установок.

Число необходимых вибраторов, установленных по длине конструкции, определяется зоной затухания коле-

118

баний от действия одного вибратора. Зоной затухания считается место конструкции, где амплитуда вибрации (стрелка прогиба) составляет меньше 0,3 максимальной амплитуды, в этом месте устанавливается дополнитель­ ный вибратор. Расчет прогибов сравнительно трудоемок,

поэтому требуемое число вибраторов ориентировочно определяют по эмпирической зависимости

_1__

2 0 0 % ’

(25)

где Ш| — амплитуда колебаний конструкции в средней части от действия одного вибратора;

/ — длина конструкции.

Одной из основных причин интенсивности снижения сварочных напряжений при вибрации является изме­ нение механических характеристик в зоне сварки в за­ висимости от характера действия внешних сил. С этой целью были исследованы диаграммы нагружения мате­ риала сварного соединения при действии растягиваю­ щих напряжений с наложенными вибрационными, т. е. экспериментально проверена гипотеза Дж. Воцнея и Дж. Кравмера о снижении пределов текучести зоны упруго-пластических деформаций при действии перемен­ ных нагрузок. Пластины размером 1000X300X3 мм с наплавленным по средней оси валиком подвергали на­ гружению статическими нагрузками и статическими с наложенными вибрационными. При этом фиксировались напряжения в образцах с помощью силоизмерительно­ го устройства машины и деформации с помощью датчи­

119

ков сопротивления. Исследования проводили иа маши­ не для усталостных испытаний ЦДМ-ЮПу.

Рис. 52. Диаграммы а—е при совместном действии растягиваю­ щих и вибрационных на­ грузок для алюминие­ вого сплава АМгб (а) и

для стали СтЗ (б):

1 — основной металл при ста­ тическом растяжении; 2— ос­ новной металл при нагруже­ нии до ±8 кге/мм2: 3 — шов при статическом нагружении; 4 — шов при нагружении ±2 кге/мм2; 5 — шов при на­

гружении до ±8 кге/мм2

данных (рис. 52), по оси ординат отложены суммарные максимальные напряжения в образцах, по оси абс­ цисс— деформации в условных единицах (число деле­ ний измерительного прибора). Сравнение кривых о—е для различных сочетаний статических и переменных на­ грузок свидетельствует о значительном снижении пре­ дела текучести материалов в зоне пластических дефор­ маций; так, при действии вибрационных напряжений ве­

на 20—40%. По-видимому, имеется некоторая аналогия с выводами по результатам работ, проведенных в Аме­ риканском институте аэронавтики и космонавтики по изучению влияния звуковых и ультразвуковых колеба-

120

шій на прочность конструкционных материалов ракет и снарядов [16].

интенсивности на деформационные характеристики алю­

Рис. 53. Диаграммы нагружения алюминия при воздействий колебании различной ин­

без воздействия колебаний, то можно видеть, что вибри­ рование оказывает такое же воздействие на прочностные характеристики материалов, как и нагревание. Умень­ шение статического предела текучести под действием звуковых колебаний объясняется активизацией дислока­ ций за счет поглощения энергии звуковых колеба­ ний [16].

Процесс снятия остаточных сварочных напряжений при вибрации может быть описан как необратимый пе­ реход атомов в нагруженной кристаллической решетке. При этом общее дифференциальное уравнение, описы­ вающее поведение упруго-пластической среды, в том числе и поведение материала при одновременном воз­ действии растягивающих и вибрационных напряжений, может быть представлено в виде уравнений:

ßЩ . I

Ім’стк. )

121

Решение уравнений (26) применительно к процессу

ная, описывающая коллективный характер необратимых процессов при пластической деформации.

Однако зависимость (27) справедлива для высоко­ температурных режимов нагружения.

При низкотемпературных режимах нагружения зави­

Анализ зависимостей (27) и (28), а также резуль­ таты экспериментальных исследований по определению влияния отдельных параметров процесса позволили предложить зависимость величины снижения остаточ­ ных сварочных напряжений от режимов нагружения в процессе воздействия:

122