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

Пример. Вварка фланца диаметром 78 мм в оболочку из спла­ ва АМгб с /?=458 мы, 6=3 мм на режиме /=190 А, 11= 12 В, ѵ = = 12 м/ч в зоне стыка на основании расчетных зависимостей при­

водит к величине SKp~2,5 мм. Для данной оболочки 1=2 Y Rf>—

3 .

= 74 мм. Принимаем В = 50 мм > — ( и осуществляем выштампов­

ку на величину SnP = 2,5 мм на краю отверстия.

МЕТОД ОСАДКИ КОМПЕНСАЦИОННОГО КОЛЬЦА ФЛАНЦА

Метод выштамповки зоны кругового шва легко осу­ ществляется для соединений, удаленных достаточно да-

Рис. 84. Круговое соединение с ком­ пенсационными кольцами

леко друг от друга или от края изделия, когда ширина зоны выштамповки может быть выбрана в пределах, определенных расчетом. Однако в случае близкого рас­ положения нескольких круговых соединений или бли­ зости края применение указанного метода невозможно. При расположении кругового шва около края обо­ лочка, а тем более пластина, теряет устойчивость.

На рис. 84, а показана обычная конструкция круго­ вого сварного соединения, когда фланец (штуцер), сва­ риваемый с пластиной (оболочкой), имеет постоянную

179

ния от сварки снижаются и в первом приближении их можно не учитывать.

В рассматриваемом случае задача осесимметричная. Выделяем бесконечно малый элемент (рис. 85), обра­ зованный двумя концентрическими окружностями и

181

Усилие, необходимое для осадки компенсационного' кольца:

Последнее выражение является основным при опре­ делении величины необходимого усилия для осадки ком­ пенсационного кольца и обеспечения остаточной пла­ стической деформации в нем. Однако осадка вызывает прирост контактируемой поверхности и, следовательно, для дальнейшей деформации требуется увеличение уси­ лия. Контактная поверхность в процессе деформации может образовываться или за счет перехода боковых граней наконтактную поверхность, или за счет обнов­ ления контактной поверхности путем выхода нового материала. В связи с этим целесообразно оценить вели­ чину хода инструмента при осадке, а также радиальную составляющую перемещения ит, компенсирующую пере­ мещения от сварки. Полагая

8Г — — drг ,

из условия постоянства объема

е? + Щ+ = О,

182

находим

е’’ = 2вРг = 2е>1.

Пусть иг— величина остаточного пластического пере­ мещения в радиальном направлении при осадке, необ­ ходимая для компенсации остаточного радиального перемещения от сварки:

В большинстве случаев ит составляет незначитель­ ную величину и практически ее измерить не представ­ ляется возможным. В связи с этим высоту Іг следует выбирать примерно на 1—2 мм больше толщины фланца в месте стыка:

h = [б + (1 -г- 2)] мм.

Это соотношение относится как к односторонним, так и двусторонним кольцам. Меньшую величину следует принимать для меньших толщин.

Контрольвеличины осадки кольца под прессом определяется степенью устранения деформаций пла­ стины или оболочки и легко регулируется с помощью угольников и шаблонов. Из выражения (76) видно, что усилие пропорционально площади кольца, а потому величину Ь следует выбирать в пределах 3—5 мм.

Определение величин b и h справедливо для разных конструктивных вариантов компенсационного кольца (рис. 84). Эксперимент показал, что в качестве опти­ мального варианта с точки зрения минимальной вели­ чины усилия осадки пригодно сечение в виде полуокруж­ ности (рис. 84, в, правая часть). Начальное усилие в момент контактирования инструмента с весьма малой площадью кольца меньше расчетного и постепенно воз­ растает с увеличением пятна контакта. Пластические деформации в кольце в начальный период осадки про­

183

текают при меньших усилиях. Компенсационное кольцо должно плавно сопрягаться с буртиком фланца. Это необходимо также для прочности и имеет целью устра­ нение концентратора напряжений.

Анализ напряженного состояния в пластине и обо­ лочке показал, что пик остаточных радиальных напря­ жений смещен от шва в сторону большего диаметра примерно на ширину зоны пластических деформаций, имевших место при нагреве. Устранение упругой со­ ставляющей в пластине или оболочке в этом месте с помощью, например, компенсационного кольца яв­ ляется идеальным случаем. Однако конструктивно его располагают ближе к центру и диаметр его dK меньше диаметра шва. Следовательно, кольцо следует распо­ лагать как можно ближе к границе стыка. Ограниче­ ние вносится шириной усиления шва, а потому практи­ чески

—(<*фл — dK) = 8 ч- 12 мм.

Вкачестве примера рассмотрим осадку компенса­ ционного кольца при вварке фланца с <іфЛ= 80 мм в пластинку из сплава АМгб. В работах приведены рас­ четные и экспериментальные данные по определению остаточных напряжений для такого соединения. Вели­

Компенсируя эту величину с помощью осадки кольца, снижаем величину остаточных напряжений, превосходящих критическое значение, и устраняем де­ формации потери устойчивости пластины. Величина

184

осадки в направлении Z на радиусе -у- = 32 мм из выра­

жений (77) и (78) равна

и, — 2«уел1 = 0,11 мм-

ЦТ

2

3—сварка+осадка

Усилие осадки из выражения (76) при ѵ = 0,1 состав­ ляет

17-3,14 64,8 + 64-0,

185

имела до сварки (рис. 86). Радиальные напряжения значительно снизились и составили весьма малую вели­ чину, в то время как тангенциальные напряжения рас-

Рис. 87. Перемещения оболочки из сплава АМгб после осадки компенсационного кольца с усили­ ем 40 тс

тяжения в зоне шва сохранили примерно то же значение, а в упругой зоне пластинки также уменьшились.

Рассматриваемый метод с технологических позиций легко контролируем, степень устранения деформаций регулируется соответствующим изменением усилия или повторной осадкой.

186