ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПРОЧНОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
ПРОГРАММА MATHCAD РАСЧЕТА СТАТИЧЕСКОГО СТАРЕНИЯ ПРИ СВАРКЕ
Постоянные: су := 1.14 :=0.09 QN:= 1.82-104 QC:=2.1-104 R:= 1.986 а:=^ Переменные: у:=1 qS :=■¥■ qS := 4000 ТО:=293
qS —
Линейный быстродвижущийся источник: T(qS у, t, ТО) := —? =-e4at +ТО
yjA су -1
qS_ су У
Критическая температура, выше которой старения нет: Тсг := 700 + 273
0.484 ■ qS
Максимальная температура: Tmax(qS, у, ТО):- 0.484 ■ + ТО
Расстояние до точки, где Тсг = Tmax: ycr(qS, ТО) :=
(Тсг - ТО) ■ 2 ■ су
у2
Время, когда достигается максимальная температура: tm(y) := 2—
|
1 ■ 2 ■ а |
Время, когда Tmax = Tcr: tmcr(qS, ТО) := ------------------------- 0-484 ■ qS
(Тсг - ТО) ■ 2 ■ су
Функция разности Т-Тсг: F(q5, у, t, TO):-1 , q^ ■ e4^ + TO I-Ter
у) 4 - я-X-ey-t
Отыскивание момента времени, t := tmcr(qS, ТО) когда Т становится меньше Тсг: tcr(qS, у, ТО) := root(F(qS, у, t, ТО), t)
Производная эквивалентного времени старения при сварке по времени:
|
Q ( 1 1 R ^ 473 T(q8, y, t, TO) |
dt3t(qS, y,t, TO, Q):=T(q8^TO) - exp
Приращение эквивалентного времени старения при сварке:
t2
At3(qS, у, t1, t2, ТО, Q) := |dt3t(qS, у, t, ТО, Q)dt
Конец интегрирования через 2 часа после сварки: t2:=2 ■ 60 ■ 60
Момент времени, когда начинается старение при сварке:
t1(qS, у, ТО) := if(y < ycr(qS, ТО), tcr(qS, у, ТО), 1)
(Для волокон, где Тег не достигается интегрирование по времени, начинаем с первой секунды и до 2 часов. Там где Тег достигается, интегрирование начинаем с момента, когда температура станет ниже Тег)
Вычисление эквивалентного времени старения:
t3(qS, у, ТО, Q) := At3(qS, у, t1(qS, у, ТО), t2, ТО, Q)
Из рис. 5.7а видно, что при Qn/8 = 4000 кал/см2 и сварке при комнатной температуре, зона полного (t„ > 100c — жирная горизонтальная линия) старения низкоуглеродистой стали имеет ширину порядка 2 • 6 = 12 см. Кривые для азотного (N) и углеродного (С) старения при t3 = 100 с проходят достаточно близко друг к другу.
Если сварка происходит на морозе (T0 = -50°С), то ширина зоны полного старения металла сужается до 2 • 4 = 8 см, или в 1,5 раза. Предварительный подогрев металла до T0 = 100°C приводит к расширению зоны полного старения до величины, превышающей 40 см.
|
Рис. 5.7 Зависимость эквивалентного времени статического старения при сварке: |
|
(а) от расстояния волокна до оси шва у; (б) от максимальной температуры нагрева этого волокна. |
На рис. 5.7б построены кривые, вычисленные для сварки при комнатной температуре (T0 = 20°C), но при разной погонной энергии. Погонная энергия в 3000 кал/см характерна для ручной дуговой сварки. Погонная энергия в 6000 кал/см используется при
8 = 24
|
|
|
Рис. 5.8 Экспериментальная проверка методики расчета Да при статическом старении в условиях сварки |
|
|
|
Дсг, кгс/ммҐ |
|
50 |
автоматической сварке под флюсом. Сплошные линии вычислены для углеродного старения (С), прерывистые — для азотного (N) старения. Эквивалентное время полного старения 100 с, как и на предыдущем рисунке, показано жирной горизонтальной прямой. Но здесь в отличие от рис. 5.6 расстояние от оси шва пересчитано на максимальную температуру при сварке. По этому графику можно судить, какая изотерма максимальных температур ограничивает область полного статического старения низкоуглеродистой стали.
Из рис. 5.7 видно, что если сварка производится при комнатной температуре, то полоса полного старения лежит в интервале максимальных температур 100-200°С. При ручной сварке граница этой полосы ближе к Tmax = 200°C, при автоматической сварке она сдвигается ближе к Tmax = 100°С.
При экспериментальной проверке расчетных формул, выполненной Дейчем, необходимо было исключить влияние на старение пластических деформаций, вызываемых сваркой. Поэтому в качестве исходной заготовки взяли пластину шириной 50 мм (см. рис. 5.8) с большими (400x300 мм) выводными планками. Пластину предварительно растянули на 2%. Далее автоматом при
Qn = 7000 кал/см выполнили наплавку валика. После этого из околошовной зоны вырезали круглые микрообразцы диаметром 1,2 мм для испытаний на растяжение (расположение мест вырезки образцов показано на правом рисунке вертикальными прямоугольниками).
На графике в нижней части рис. 5.8 треугольниками показаны экспериментальные результаты по определению Аст на различных расстояниях от центра шва. Расчетные значения получили путем определения эквивалентного времени старения, вычисленного по методике, описанной выше, и далее его пересчета на Аст по левой кривой рис. 5.6. Результаты расчета показаны сплошной кривой.
Из рис. 5.8 видно, что экспериментальные точки легли несколько выше расчетной кривой. Это можно объяснить тем, что ширина в 50 мм слишком велика, и в процессе сварки в исследуемой пластине имели место сварочные пластические деформации.
