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

формации в зоне шва. Прокатка сварных соединений по схеме с обратным усилением, подвергающимся непосред­ ственному обжатию роликом с усилием, равным 4000 и 8000 кгс (столбцы 1 и 3), приводит к низким результа­ там при испытании на статическое растяжение.

Рис. 15. Механические свойства сварных соединений в зависимо­ сти от схемы прокатки (4=11 см, материал АМгб нагартованный, 6=2,8 мм)

Прокатка по схеме со снятым обратным усилением при условии плотного прижатия корня шва к подкладке (на рис. 15 в столбцах 2 и 5) дает достаточно стабиль­ ные результаты упрочнения. Это обстоятельство позво­ ляет рекомендовать последнюю схему прокатки как оп­ тимальную, удовлетворяющую условиям обеспечения равнопрочное™ сварного соединения.

Оптимальные значения усилий прокатки могут быть установлены на основе определения механических свойств сварного соединения, прокатанного при различ­ ных усилиях по схеме со снятым обратным усилением. Из рис. 16 следует, что почти полное восстановление нагартовки в зоне отпуска достигается при усилии про­ катки 8000 кгс. Дальнейшее повышение усилия до 12000 кгс не приводит к росту прочности, причем, в этом случае ролики сильно вминаются в околошовную зону, оставляя на поверхности металла следы. Наличие

49

подкладки при прокатке предотвращает выход металла околошовной зоны из плоскости листа, способствует ста­ бильности сдвиговых деформации в плоскости сварного соединения и повышает надежность эффекта упрочнения. При этом деформации потери устойчивости после про­ катки по этой схеме не превышают сварочных.

Рис. 16. Механические свойства сварных соединений в зависимости от усилия на ролике (материал АМгб нагартованный, 6=2,8 мм):

/ — ств основного материала; 2 — ов сварного соединения; 3 — угол изгиба поперек шва

Основные закономерности, установленные для алю­ миниевых сплавов, в принципе справедливы и для ста­ лей. Опытные работы по упрочнению сварных соедине­ ний стали Х18Н10Т, нагартованной до ов~1Ю кгс/ммг и имеющей ов сварных соединений 55—56 кгс/мм2, сви­ детельствуют о том, что с увеличением усилия обжатия происходит монотонный рост предела прочности сварных соединений. Прокатка шва и околошовной зоны роликом диаметром 80 мм, шириной пояска 10 мм при усилии 5 тс позволяет увеличивать предел прочности соедине­ ния толщиной 3 мм до 85—90 кгс/мм2. При усилии 8 тс достигается прочность основного материала.

Для сталей, упрочняемых старением (Х15Н9Ю, Х17Н5МЗ, Х15Н5Д2Т и др.), после сварки прочность существенно (до 40%) снижается. Восстановить ее пол­ ностью можно прокаткой с последующим старением. При прокатке сварного соединения стали Х15Н9ІО тол­ щиной 1,1 мм при усилии 4 тс с последующим старением предел прочности увеличивается с 85 до 130 кгс/мм2, т. е. до предела прочности основного полунагартованиого

50

материала (рис. 17), подвергнутого старению. Во избе­ жание деформаций потери устойчивости прокатку необ­ ходимо производить при закрепленном сварном соеди­ нении в рамке или на подкладке. В этих случаях для достижения эффективных результатов требуется повы­ шенное давление.

кгс/нм*^

ПО

120

710

100

90

80

70

60

60

40

30

Механизм упрочнения и оценка сдвиговой деформа­ ции в зоне шва. При перекатывании роликов по усиле­ нию шва перед ними перемещается волна металла шва и переходной зоны, сдвигая шов относительно основного металла. В результате сдвиговой деформации шва и околошовной зоны в отожженном металле вновь восста­ навливается наклеп или происходят фазовые превраще­ ния с выпадением упрочняющей фазы, например в Х15Н9Ю. Для оценки эффективности упрочнения около­ шовной зоны без разрушения сварных соединений может быть использована методика, основанная на измерении

51

искривлений сечений пластины. По этой методике на сварные пластины с двух сторон наносят острой иглой поперек шва прямолинейные риски. В результате про­ катки шва и происходящей в зоне шва сдвиговой дефор­ мации наблюдается искрив­ ление риски. Измерение ко­ ординат отдельных точек ис­ кривленной части писки с помощью ннструменталыюгого микроскопа позволяет построить кривую переме­ щения точек металла око­ лошовной зоны (рис. 18).

сварных соединении Х17Г9АН4 толщиной 1,8 мм, про­ катанных при усилии 12 тс. Прокатка сварных соедине­ ний вызывает большие перемещения металла в около­ шовной зоне (Дг/) при большой ширине зоны пласти­ ческой деформации (Да:max) ■

Схемы прокатки на подкладке менее эффективны, чем прокатка между двумя роликами. Несмотря иа то, что с увеличением Р ширина зоны пластической дефор­ мации Дх растет. Этому соответствует очень незначи­ тельное увеличение ординат перемещения точек металла, в зоне разупрочнения Ау. Преимущество схемы прокатки в рамке по сравнению со схемами прокатки на подкладке хорошо видно из сравнения графиков иск­ ривления рисок ДХщах и Ді/тах-

Если после прокатки измерить твердость в попереч­ ном сечении, то окажется, что наибольшее выравнивание твердости в поперечном сечении шва обеспечивается в случае прокатки в рамке. Это находится в полном соот­ ветствии с приведенными графиками перемещений. Об этом также может свидетельствовать тот факт, что ме-

52

-сто разрушения образцов при испытании на прочность располагается на значительном расстоянии от шва и проходит по основному металлу.

Развитие пластических деформаций в шве и околошовной зоне при прокатке приводит к перераспределе-

р

Рис. 20. Деформации при прокатке в свободном состоя­ нии (а), в рамке (б) и на подкладке (в)

нию остаточных напряжений и может сопровождаться значительными деформациями тонколистовых элементов.

Такое развитие деформаций, помимо искажения фор­ мы соединения, приводит к уменьшению сдвиговых де­ формаций в плоскости листа и может снизить эффект упрочнения.

Значительно снижаются общие деформации коробле­ ния при прокатке в рамке. Однако в этом случае зона шва, расположенная в прорези рамки, может испыты­ вать перемещение из плоскости рамки (рис. 20, а). Воз­ никновение такого местного выпучивания шва является следствием значительных напряжений сжатия перед на­ бегающим роликом, предопределяющих возможность потери устойчивости незакрепленной зоны. Кроме того, при такой схеме даже в случае подрессоривания ролика и изделия в процессе прокатки возникают усилия, па-

53

правленные перпендикулярно плоскости листа, и это может способствовать выпучиванию зоны шва.

Прокатка стыковых швов плоских листов и продоль­ ных швов обечаек на подкладке с закреплением в отно­ шении уменьшения остаточных деформации наиболее благоприятна (рис. 20,6). Результаты наблюдений и из­ мерений свидетельствуют о том, что при таком приеме прокатки после освобождения из закрепления общие остаточные деформации не превышают деформаций, воз­ никающих от сварки, а остаточные напряжения в зоне шва, хотя и являются сжимающими, но по своей вели­ чине значительно меньше, чем после сварки. Это в неко­ торой степени поясняет то обстоятельство, что при про­ катке на подкладке общие деформации не возрастают.

Предотвращение местных деформаций при прокатке на подкладке непосредственно зависит от надежности прижатия к ней сварного соединения. Наиболее плотного прижатия сварного соединения к подкладке можно до­ стичь при условии предварительного снятия обратного усиления сварного шва.

Уменьшить деформации удлинения зоны шва без прижатия к подкладке можно изменением формы попе­ речного сечения подкладки. Если радиус кривизны под­ кладки в плоскости расположения шва меньше радиуса кривизны подкладки в стороне от шва, то при прокатке

54