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

мулы усилия. Это связано с упрочняемостыо большин­ ства материалов в процессе деформирования. Поэтому возможности использования схемы прокатки с односто­ ронним деформированием оказываются весьма огра­ ниченными.

б0ст,кгс/ммг

На рис. 6 показаны экспериментальные зависимости величин усилий прокатки швов двумя роликами, при которых остаточные напряжения снижаются до нуля, от толщины материала. Все образцы прокатывали в идентичных условиях, меняли лишь усилие прокатки. С увеличением толщины прокатываемых листов, а сле­ довательно, и величины абсолютной деформации по толщине необходимое усилие растет для разных мате­ риалов по различным законам, но почти всегда возра­ стает более резко, чем это следует из расчетной фор­ мулы. Следовательно, при подборе режимов прокатки необходимо несколько завышать усилия по сравнению с расчетными.

Повторная прокатка по шву (рис. 7) при неизмен­ ном усилии незначительно изменяет характер распреде-

34

ления остаточных напряжений. Второй проход вызы­ вает увеличение напряжений сжатия в шве не более 8—10% от величины остаточных напряжений после первого прохода и заметно снижает напряжения растя­ жения в околошовной зоне. Если при повторной про­ катке необходимо получить большую величину пласти­ ческой деформации с целью полного исправления де­ формаций, то следует увеличить усилие. При этом следует опасаться переката, при котором возникают деформации, обратные сварочным. Исправление их представляет более сложную задачу, чем исправление деформаций от сварки.

Первоначально метод прокатки сварных швов с целью устранения деформаций был разработан для металлов малой толщины (до 4—5 мм). Однако суще­ ственных препятствий на пути применения прокатки для больших толщин нет. В настоящее время прокатка применяется для устранения деформаций от продоль­ ных швов цилиндрических оболочек из алюминиевых сплавов толщиной до 15 мм. При этом деформации под­ вергается околошовная зона по обе стороны от шва, так как при прокатке зоны шва практически невозмож­

лоски и не передают сжимающего или растягивающего усилия на остальную часть конструкции (рис. 8). Это объясняет исчезновение деформаций, вызванных поте­ рей устойчивости. Однако деформации листов толщиной, по крайней мере, более 10 мм определяются не только потерей устойчивости, но и изгибом из-за неравномер­ ного распределения напряжений по толщине. Следова­ тельно, полное устранение деформаций означает, что помимо устранения напряжений сжатия в сечении листа вне зоны сварного соединения, в местах прохож­ дения роликов пластические деформации более интен­ сивно протекали на той поверхности, где напряжения были выше, и это обеспечило выравнивание продольных остаточных напряжений по толщине.

Опыт работы с высокопрочными алюминиевыми сплавами показал, что прокатка шва может иметь не­ желательные последствия, причем особенно это прояв­ ляется с увеличением толщины листов, когда усилие,

2* 35

приложенное к роликам, становится значительным. При перекатывании цилиндрического ролика по гладкой поверхности основного металла это увеличенное усилие

Малая величина остаточного прогиба пластины на длине 1400 мм после прокатки (1,2—1,5 мм) по срав­ нению с прогибом от сварки (26 мм) свидетельствует об устранении и изгибноіі составляющей деформации, вызываемой неравномерностью распределения остаточ­ ных напряжений по толщине в зоне шва, и выравнива­ нии этой неравномерности. Так как зона шва непосред­ ственному воздействию роликов при прокатке не под­ вергается, то очевидно пластическая деформация удли­ нения в зонах прокатки вызывает некоторое увеличение напряжений растяжения и в соседних непрокатываемых

36

зонах. Если у одной из поверхностей этих зон напряже­ ния после сварки близки к пределу текучести, то из-за развития пластической деформации возрастания напря­ жений практически не происходит, тогда как на проти­ воположной поверхности, с более низким уровнем на­ пряжений от сварки, напряжения возрастают более заметно. Косвенным подтверждением сказанного яв­ ляется более высокое значение напряжения в шве после прокатки пластины по околошовной зоне.

Существенной разницы между прокаткой плоских листов с прямолинейными швами и прокаткой продоль­ ных швов цилиндрических и конических оболочек нет. Поэтому необходимую корректировку режимов прокатки проводят на плоских образцах с прямолинейными шва­ ми. Несмотря на то, что стрела прогиба листа после сварки значительно больше, чем изгиб образующей обо­ лочки в-зоне шва, деформации в обоих случаях удовлет­ ворительно устраняются на практически одних и тех же режимах. Следует однако иметь в виду, что в конструк­ циях малой жесткости, в том числе в цилиндрических оболочках средней длины (практически, когда длина равна диаметру или меньше его, а отношение диаметра к толщине превышает 100) продольный изгиб может быть весьма значительным и прокатка между двумя оди­ наковыми роликами, устраняя продольную равномерную составляющую остаточных напряжений, не приводит к полному исправлению деформаций изгиба. В этом слу­ чае целесообразно применение одного из двух техноло­ гических приемов:

1. Перед прокаткой оболочка должна быть выпрям­ лена вдоль образующей посредством закрепления ее в жестком приспособлении, оставляющем место прокатки доступным для роликов. После этого прокатку произво­ дят на номинальных режимах, не учитывающих нерав­ номерность распределения начальных напряжений по толщине. После высвобождения оболочки из приспособ­ ления никаких остаточных деформаций быть не должно, если режим прокатки соответствовал номинальному. Если же имеется некоторый изгиб, не устраненный в ре­ зультате прокатки в зажимном приспособлении, то сле­ дует произвести повторную прокатку. Применение зажимного приспособления для повторной прокатки не обязательно.

2. Без применения зажимного приспособления при

37

прокатке изогнутой поверхности оболочки в зоне шва деформации изгиба могут быть устранены только по­ средством неравномерного пластического деформирова­ ния по толщине [24]. Со стороны сжатых волокон необ­ ходимо вызвать большую пластическую деформацию удлинения, чем со стороны растянутых. Это может быть

оболочках. Вследствие малой жесткости в направлении диаметра усадка сварного шва может привести к зна­

деформаций потери устойчивости от сжимающих напря­ жений [14]. Обычно у большинства материалов из-за продольного укорочения по окружности кольцевого шва уменьшается диаметр обечайки с образованием дефор­ маций местного изгиба оболочки. Деформации укороче­ ния исправляются прокаткой после сварки (рис. 10, а).

Если после сварки кольцевой шов для прокатки ро­ ликами недоступен, то можно использовать предвари­ тельную раскатку кромок с целью создания де­ формаций удлинения, обратных возникающим от сварки (рис. 10,6). При этом устранения остаточных напряже­ ний, естественно, не происходит.

38

Предварительная прокатка кромок плоских листов, устраняя продольное укорочение, не предотвращает деформаций, возникающих вследствие потери устойчи­ вости под действием собственных напряжений. В оболоч-

ке же остаточные напряжения приводят к изгибу по­ верхности, обратному тому, который возникает в ре­ зультате предварительной раскатки кромок. В тонких оболочках и в этом случае не исключено образование деформаций потери устойчивости.

39