Файл: Елистратов, П. С. Сварка чугуна сталью.pdf

1. Характер деформации при наплавке па кромку пластины одинаков как для свободнолежащей пластины, так и для закрепленной одним концом. При наплавке,' когда начинается нагрев, верхние волокна пластины уд­ линяются, что вызывает отрицательный ее прогиб, резко возрастающий к концу нагрева; при охлаждении пласти­ ны вследствие укорочения верхних волокон происходит обратный прогиб. Во многих случаях пластины получа­ ют положительный прогиб.

2. Момент достижения максимальной величины отри­ цательного прогиба пластины зависит от условий на­ плавки. При наплавке на свободную пластину и при на­ плавке к закреплению закрепленной пластины макси­ мальный прогиб достигается к окончанию наплавки; при наплавке от закрепления закрепленной пластины макси­ мальный прогиб достигается при наплавке половины длины кромки. В этом сказывается ■влияние закрепле­ ния.

3. Величина деформации пластины определяется ма­ териалом ее и режимом наплавки. Для чугунных пла­ стин деформация меньше, чем для стальных, при одина­ ковых режимах наплавки. Это объясняется меньшей пластичностью чугуна и более низкой прочностью его, что также является причиной образования трещин при наплавке на чугунные пластины. Для одного и того же материала пластины величина деформации тем больше, чем больше при наплавке нагревалась пластина. Нагрев уменьшает жесткость пластины, и, следовательно, вели- - чину деформации пластины можно регулировать тепло­ выми условиями сварки — подбором режима.

4. При наплавке металла на чугунную пластину при некоторых режимах наплавки образуются трещины. Чем больше нагрев пластины, тем меньше опасность образо­ вания ' трещин, так как уменьшается градиент темпера­ тур, напряжение воспринимает больший объем пластины и легче деформируется, пластина получается более пла­ стичной.

5. Расчетный метод определения действительных де-• формаций, предложенный Н. О. Окербломом для сталь­ ных пластин, может применяться и для чугунных. Одна­ ко при этом надо учитывать не только величины тепло­ вых удлинений и действительных деформаций отдельных волокон, но и изменение механических свойств чугуна с

165.

изменением температуры, а также отсутствие пропор­ циональности менаду напряжением и деформацией. Учет этого существенно усложнит математический аппарат, и нужны дополнительные исследования для разработки хотя бы приближенных расчетных уравнений.

кового шва появляется поперечная усадка. Если свари­ ваемые пластины закреплены, то появляются и внутрен­ ние напряжения растяжения. Величина этих напряжений во многом зависит от ширины шва — ширины зазора между стыкуемыми пластинами: чем больше зазор, тем больше необходимо жидкого металла для его заполнения и тем больше величина усадки при последующем охлаж­ дении. Возникающие внутренние напряжения в пласти­ нах при жестком закреплении их в некоторых случаях могут достигать предела текучести и даже предела проч­ ности металла. В первом случае произойдет деформация пластин, во втором — образование трещин.

Величина внутренних напряжений, возникающих в свариваемой пластине, при данной величине зазора оп­ ределяется свободной длиной пластин — расстоянием от шва до места закрепления. Чем больше эта длина, тем больше абсолютная величина удлинения ее и меньше возникающие напряжения. Таким образом, изменяя со­ отношение между свободной длиной свариваемых пла­ стин встык и шириной зазора, можно регулировать вели­ чину возникающих напряжений. Можно подсчитать оп­ тимальное соотношение между указанными величинами, учитывая усадку и пластичность. Усадка металла харак­ теризуется изменением обычно линейного размера метал­ ла при изменении температуры. Для рассматриваемого случая представляет интерес поперечный размер шва — ширина зазора стыкового шва. При сварке жидкий ме­ талл заполняет этот зазор, имея первоначальный размер /і. При охлаждении в результате усадки металл шва меньшего размера /г, причем l\>h- Величина усадки оп­ ределяется соотношением

%е = <17 <|- 10О,

п

166

Величина %е, так же как и А/, зависит от состава метал­

ляется исходной величиной зазора а. Всегда 1\>а, так как кромки пластины для обеспечения требуемого каче­ ства должны быть проплавлены на некоторую глубину. В зависимости от условий выполнения сварки фактиче­ ская ширина шва может быть в 2—4 раза больше уста­ новленного зазора перед сваркой. Учитывая это увеличе­

Применительно к принятым свариваемым металлам за­

Пластические свойства металла можно характеризо­ вать разными величинами, но в рассматриваемом слу­ чае наиболее подходящей будет величина удлинения при растяжении. Если первоначальный размер пластины по­ перек шва Li, а конечный после полного охлаждения L2, то абсолютное удлинение AL= L2—L4. Обычно применя­ ют относительное удлинение

%6= L* ~ Ll -100,

^1

167

Величина относительного удлинения для различных металлов разная. Для малоуглеродистой стали при уси­ лиях, вызывающих пластическую деформацию (ио не­ разрушающую), примем %б= 10. Для серого чугуна ве­ личина %б мала — в пределах 0,1—4% в зависимости от ряда факторов. Основное значение здесь имеет форма графитных включений. Для обычного серого чугуна мож­ но принять %б = 0,2. При этом следует отметить, что та­ кое удлинение чугун может получить при нагрузках, близких к разрушающим.

Величину абсолютного удлинения AА можно выра-

или для стали

ДА = юд

100

для чугуна

ДА = 0,2Ly

100

При выполнении сварки для избежания трещим необ­ ходимо, чтобы величина абсолютной усадки AI была не больше величины абсолютного удлинения ДА, т. е. долж­ но выполняться условие

В таком случае из (121) и (124) получаем

е% (а -f V) < %6А1 — Ь.

Отсюда можно получить величину зазора стыкового шва

Подставив в уравнение (126) соответствующие значения, получим:

для стали

108-

Пользуясь этими соотношениями между а и Lu мож­ но рассчитать их числовые величины. Соответствующие

большой. При этом исключается опасность образования трещим, так как неизбежное укорочение компенсируется соответствующим растяжением. Иная картина получа­ ется для чугунных пластин. Это видно из следующих данных, рассчитанных по уравнению (128), причем вследствие сравнительно низкой температуры плавления

Отсюда видно, что при сварке чугуна надо очень вни­ мательно выбирать зазор стыковых швов. Поскольку ве­ личина зазора определяется толщиной пластин, то, оче­ видно, чем толще пластина, тем больше должна быть их свободная длина. Кроме того, для каждой величины за­ зора существует минимальный размер свободной длины, который с учетом уравнения (128) можно определить по

обращать внимание на соотношение между величинами свободной длины пластины и зазора между пластинами. При несоблюдении оптимального соотношения этих ве­ личин неизбежно. образование трещин.

'169

тально на плоских образцах, вырезаемых в оребрениых пластинах толщиной 8 мм (рис. 41). В средней части пластины фрезой толщиной 4 мм делался прорез. Были получены жесткозакреплениые образцы длиной 30 мм для стыковой сварки. При постоянном зазоре 4 мм сво­ бодная длина устанавливалась разной в соответствии с уравнением (128). Сварка выполнялась вручную элект­ родами СЧС-ТЗ диаметром 4 мм при силе тока 120— 150 Л; шов двусторонний: после заварки стыка с одной

170

стороны пластина поворачивалась и сразу же завари­ валась другая сторона — без перерыва на охлаждение. Полученные данные позволяют отметить некоторые осо­ бенности эксперимента.

1. В пластинах с внутренним размером 100X150 мм трещины образовывались во всех образцах. Это зна­ чит, что полученный сварной шов был шире оптимально­ го значения при данной величине свободной длины об­ разца. Практически это так и было: несмотря на установ­ ленный зазор 4 мм, фактическая ширина шва, особенно на второй стороне, была около 12— 15 мм, что объясня­ ется наличием электрода диаметром 4 мм. В пластинах с внутренним размером 210X250 мм трещины появля­ лись только в коротких образцах (70+70 и 80+80 мм), в длинных образцах (90 + 90 и 100+100 мм) трещин не обнаружено, что вполне закономерно.

2.Образование трещины во времени зависит от сво­ бодной длины образца: чем он длиннее, тем больше вре­ мя до образования трещины. Образец малой длины ох­ лаждается интенсивнее, усадка идет с большей ско­ ростью. Кроме того, в образце малой длины абсолютное удлинение мало и его' деформационные способности быстро исчерпываются. Более длинные образцы имеют большую величину абсолютного удлинения, охлажде­ ние их идет медленнее, и образование трещин задержи­ вается.

3.Образование трещины происходило в самых раз­ личных местах образца: по шву и целому металлу. Каж­ дый раз обнаруживался участок с меньшей прочностью, где и происходило разрушение.

4.Подогрев пластины снижает опасность образова­ ния трещин. Нагрев пластин до 200 °С почти полностью исключает появление трещин, но все же нагрев до 300 °С гарантирует предотвращение образования их.

С в а р к а з а к р е п л е н н ы х пла с т ин . В экспе­ риментах применяли также чугунные образцы толщиной 8 мм и шириной 30 мм при суммарной свободной длине 200 мм с утолщенными концами. Образцы попарно укла­ дывали встык с заданным зазором на полку швеллера № 16, и утолщенные концы приваривались (рис. 42). Величина зазора устанавливалась для каждой пары об­ разцов разной — от 5 до 20 мм. Сварка во всех случаях производилась с одной стороны, многослойная и без пе­

171