СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

НЕОБХОДИМОСТЬ УСТРАНЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ

Влияние сварочных деформаций, напряжений и перемещений на служебные характеристики сварных соединений и конструкций весьма многообразно. Укажем лишь на основные примеры отрица­тельного влияния.

Остаточные напряжения отражаются на точности сварных кон­струкций при механической обработке и последующей эксплуата­ции. Определить расчетным путем величину ожидаемой деформации в реальных машиностроительных конструкциях в настоящее время не представляется возможным, если не говорить о простейших конструкциях, которые можно свести к пластине или балке. Известные данные [67 ] свидетельствуют о том, что при небольшой величине снимаемого слоя металла по отношению к размерам обрабатываемого сечения решающее влияние на деформации ока­зывает не величина остаточных напряжений, а жесткость кон­струкции. Чем выше жесткость конструкции, тем менее скажется перераспределение напряжений и изменение момента инерции после механической обработки на ее деформации.

Имеются, однако, и другие примеры, подтверждающие влияние жесткости деталей на их деформации. При обработке тонкостенных деталей с размером в поперечнике около 40 мм и длиной около 600 мм возникали деформации изгиба и скручивания, легко обна­руживаемые на глаз.

Деформации могут возникнуть в процессе вылеживания. Од­нако это замечание относится почти исключительно к конструк­циям из легированных сталей, когда в результате сварки появ­ляется остаточный аустенит, который распадается с течением вре-. мени [72]. Практически конструкции из углеродистых сталей са­мопроизвольно с течением времени не деформируются.

Важным вопросом, слабо освещенным в научной литературе, является вопрос о деформации конструкций с остаточными напря­жениями в процессе их эксплуатации. При первом нагружении 176

конструкции рабочие напряжения, складываясь в некоторых зо­нах с остаточными напряжениями, достигают предела текучести металла и вызывают пластические деформации. Эти пластические деформации после устранения рабочих напряжений не исчезают и являются необратимыми. Деформации при первом нагружении

нагрузке конструкции,

происходят так, как при несколько меньшей жест­костью [69]. В жестких конструкциях остаточные деформации, вызванные первым нагружением, не выходят за допустимые пределы и, как правило, не нарушают условий нор­мальной работы изделия.

Влияние сварки на прочность сварных соеди­нений при переменном на­гружении определяется суммарным действием не­скольких факторов: а) на­личием остаточных напря­жений, б) наличием кон­центраторов, свойствен­ных сварным соедине­ниям, в) изменением свойств металла под влия­нием термомеханического цикла сварки. Остаточные напряжения в зависимо­сти от их знака могут ока­зывать положительное и отрицательное влияние на прочность. Изменение свойств металла после сварки вследствие пластической деформации и эффекта термической обработки обычно происходит в сторону повышения прочности металла. Однако оп­ределяющим фактором для вибрационной прочности является наличие концентраторов напряжений, па фоне которых остаточ­ные напряжения и изменение свойств металла оказываются не столь существенными. Единого мнения о влиянии этих факторов пока нет.

Пластические деформации и остаточные напряжения при на­личии концентраторов в условиях пониженных температур могут оказывать резко отрицательное влияние на сопротивление сталей началу хрупкого разрушения. К таким сталям относятся кипящие стали. На рис. 126 представлены результаты исследования на стали Ст. З кп по методике, изложенной в работе [771. На пластинах
шириной 80 мм и толщиной 10 мм с двух сторон наносят щелевые надрезы шириной 0,25—0,3 мм и глубиной 6 мм. При испытании регистрируется среднее разрушающее напряжение по ослаблен­ному сечению и средняя деформация до разрушения, измеренная на базе 15 мм против корня надреза. Образцы перед переплавкой по кромке (кривые 2 и 3) подвергались имитированному элек - трошлаковому термическому циклу для укрупнения зерна, ха­рактерному для зоны, нагревавшейся до температуры 1200° С. Корень надреза в образцах при переплавке претерпевает значи­тельную пластическую деформацию, а затем при температурах 150—250° С в процессе охлаждения — интенсивное старение, что снижает пластичность металла.

Остаточные напряжения могут понизить жесткость конструк­ции. Деформации при возрастании растягивающих напряжений происходят так, как если бы зоны с о = ат вообще отсутствовали в сечении. Очевидно, что жесткость сечения, оцениваемая, на­пример, через EF или EJ, будет в этом случае ниже.

Местная устойчивость тонкостенных элементов конструкции определяется величиной действующих в них напряжений — сжа­тия или сдвига. Нередко местная потеря устойчивости наступает от остаточных напряжений еще до приложения рабочих нагрузок. Естественно, что жесткость сварной конструкции, у которой имеются элементы, потерявшие устойчивость, будет ниже. Потеря местной устойчивости может явиться непосредственной причиной потери общей устойчивости.

Очевидно, что замедленные разрушения при отсутствии рабо­чих нагрузок не могут развиваться без остаточных напряжений первого рода. При данном виде разрушения существенным яв­ляется уровень остаточных напряжений.

Коррозионная стойкость и прочность металла изменяются при наличии остаточных напряжений определенного уровня и схемы. Например, переход от одноосных напряжений к двухосным сни­жает стойкость титанового сплава ОТ4 в бромистометаноловой среде [103].

Необходимость устранения деформаций сварных конструкций в производственных условиях вызывается следующими причи­нами. Деформации затрудняют сборку отдельных узлов, а в не­которых случаях делают ее даже невозможной. Значительные де­формации заставляют увеличивать припуск на механическую об­работку. Перемещения бывают настолько значительными, особенно у протяженных деталей, что не удается уложиться в отведенный припуск на механическую обработку. Коробление деталей ухуд­шает нередко качество последующей сварки деталей, например точечной или роликовой. Ухудшаются эксплуатационные качества изделий. Деформации грибовидности, например, уменьшают мо­мент инерции сечения на несколько процентов. Деформации изгиба протяженных элементов уменьшают их устойчивость.

При значительных деформациях изделие может не отвечать требуемым баллистическим свойствам, иметь повышенное сопро­тивление при движении в газе или жидкости. Может ПОЯВИТЬСЯ вибрация отдельных элементов во время движения. В значитель­ном числе случаев деформации приходится устранять только потому, что изделие не удовлетворяет проектным формам и эсте­тическим требованиям (вагоны, автомобили, холодильники и т. п.).