СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ В ТОЧКАХ ЛИСТА, ВОЗНИКАЮЩИЕ В РЕЗУЛЬТАТЕ НАПЛАВКИ НА ЕГО ПОВЕРХНОСТЬ ДВУСТОРОННЕГО КРУГОВОГО ВАЛИКА (32j

Теоретическое решение

С известным основанием к этой задаче может быть отнесена задача определения сварочных деформаций (напряжений) в точ­ках листа, возникающих в результате вварки заплатки круговой формы или в результате приварки тонкостенной трубы к плоскому листу. Возьмем круговой диск конечного радиуса R и найдем его деформации и напряжения, вызванные наплавкой двустороннего валика вдоль некоторой внутренней окружности радиусом R0, где R0 <С R - Рассмотрим достаточно большой радиус оси валика с тем, чтобы температурное поле ранее наложенных участков шва не влияло на температурные поля последующих участков. Ис­пользуем второй способ уточнения, который дает, что активную пластическую деформацию сжатия а (Тк — Т0) получают все эле­менты, оказавшиеся внутри кольца, внутренний и наружный
радиусы Д, и Д2 которого определяют как средние между ра­диусами окружностей, соприкасающихся с изотермами Тк и Ту предельного состояния нагрева с внутренней и наружной стороны линии перемещения источника. Тогда задача определения сва­рочных деформаций и напряжений исходного листа сведется к оп­ределению деформаций и напряжений составного листа, полу­чающегося путем сшивания кольца II с внутренним и наружным радиусами Ді = Ді II— а (Тк—Го), Д2 = Дг П—а (Гк — — Тп)1 с диском / радиусом ^ис круговым кольцом III, имею­щим радиусы R2 и R.

Для диска / и кольца II останутся справедливыми соотно­шения (8.74) — (8.85). Если предположить, что кольцо III после сшивания останется в упруго-деформированном состоянии, то радиальные смещения и напряжения в его точках определятся соотношениями:

/ЛЗ)

н<3> = cpv + -2~

1 1 Г 1

Условиями сшивания в данном случае будут: б1а<1)(Д1) = б2а)2) (Д,); - с<2)(£) = 0;

Ч1) = ^2,(Ю;

62с<2) (Дг) = 6ю)3) (Д2); ст<3> (Д) = 0;

I (Лі) I + «‘2) №) = R& (ТК - Т0); й<2) (Д2) + 1«<3> (Д2) | = Я г« (Тк - Г0),

где принято Ді = Дь Дг = Д2.

Эти условия, если иметь в виду соотношения (8.74) — (8.85) и (8.91), дадут следующую систему уравнений для определения постоянных интегрирования:

hlEC1 д ( С22 Ргі^і .

! - й 2 V 2С21 / ’

^•22___ Pail р.

І 2С21 - и>

_Pg»E - - 0;

lU 2 С21

Р216 1 ^*2 ^22 |__ 2Р 22^

, 3(l — Х2) Р22^2^22 1 2

+-(1 + ^^с21 J

С(з)

_Сад ^-=:R, a(TK~T0).

Первые шесть уравнений этой системы дадут: п 6lR1EC1

Остальные два уравнения этой системы примут вид:

(1 + И)

—С,

ЗЄ2(1-Р)

(5+С,

х

62(1-P)as

m— 1

Используя тот факт, что искомое значение t находится внутри узкого интервала между R1 и R2, нетрудно найти из этой системы величины Сх и I, а затем по формулам (8.94) — значения осталь­ных постоянных интегрирования, знание которых полностью определяет деформированное и напряженное состояние состав­ного листа. Для определения Сх и £ можно задаться несколькими

значениями £ в интервале между 7?„ Д2 и для каждого из них численным решением уравнений (8.95) найти соответствующие значения С1 и С” по первому и по второму из этих уравнений. Тогда координаты точки пересечения кривых С (£) и СЇ1 (1) дадут искомые значения Сг и

Опытная проверка

Для опытной проверки полученных выше результатов были использованы листы толщиной б = 10 мм стали типа СХЛ. Из исходных листов, подвергнутых предварительному отжигу в заводских условиях, был вырезан образец 07, имеющий форму кругового диска радиусом R = 50 см. На этом образце наноси­лась окружность радиусом R0 = 25 см, вдоль которой наплав­лялся валик. В данном случае эта окружность разбивалась на четыре части: АВ, ВС, CD и DA (рис. 39, а) и наплавка валика производилась по участкам с двух сторон. Сначала валик наплав­лялся от А к В с одной и затем с другой стороны листа. После этого двусторонние валики наплавлялись последовательно от D к С, от В к С и от D к А. Наплавка производилась при постоянном режиме сварки. Измерение температуры зоны валика произво­дилось путем одновременных отсчетов по восьми гальванометрам, которые были подключены к восьми термопарам. Схема установки термопар приведена на рис. 39, б. Первая термопара была уста­новлена на расстоянии 8 мм от оси валика, вторая — на расстоя­нии 10,5 мм, третья — на расстоянии 13 мм, четвертая — на расстоянии 18 мм и все последующие через каждые 5 мм. На рис. 39, в приведены температурные кривые 1—5, соответст­вующие отсчетам 7, 8, 9, 10, 11. Оказалось, что температурная кривая 3 отсчета 9 может быть принята за температурную кривую предельного СОСТОЯНИЯ. Используя эту кривую, получим R1 = = 23,3 см, R% = 26,7 см. Далее с известным основанием можем принять, что кольцо II может деформироваться лишь по мере деформации более жесткого металла крупнозернистой зоны, для которой as = 5340 кПсм2. Тогда, принимая Е = 2-Ю6 кГ/см2, т = 13, и = 0,3, Х2 = 2,26 (п. 41), R = 50 см, а = 12,5-Ю"6,

Тк — 7’о = 600° С, решением системы (8.95) получим г] = =

= 0,977, СТ = —70-10“6. При этом формулы (8.94) позволяют оп­ределить численные значения остальных постоянных интегри­рования:

= — 131 10-6; С£3) = — 244- 10-вД2.

Деформации и напряжения в отдельных зонах определяются формулами (8.74) — (8.85), (8.91). На рис. 40 приведен график полученных таким образом теоретических значений радиальной деформации составного листа (0). Для опытного определения ра­диальных деформаций этого образца были использованы прово­лочные датчики сопротивления, которые приклеивались к нему в двух взаимно перпендикулярных направлениях I и II как с од­ной (1, 2, . . ., 10), так и с другой (Г, 2', . . ., 10’) его стороны в соответствии с рис. 39, б, причем датчики с одинаковыми номе-

рами (например, 1 и Ґ и т. д.) располагались как можно точнее друг против друга. Датчики 1, Г, 2, 2', 3, 3', 8, 8', 9, 9', 10, 10' были приклеены до наплавки валика и их показания контролиро­вались до тех пор, пока не становились устойчивыми. После этого по ним снимались начальные замеры и производилась наплавка валика. Последующие замеры по этим датчикам производились после наплавки валика и полного остывания. Сравнение значе­ний радиальной деформации для одного и того же г, полученных по показаниям датчиков, приклеенных с двух сторон листа до наплавки, показало наличие значительного коробления листа после наплавки и остывания. Поэтому для исключения влияния коробления использовались средние значения радиальной де­формации по показаниям каждой соответствующей пары датчиков, приклеенных друг против друга, которые обозначены на рис. 40 значками □, ЧЯ соответственно для направлений I и //.

Проведенные замеры не охватывают зону интенсивного нагрева,, Поэтому старые датчики были удалены и в соответствующих точ­ках приклеены новые датчики 5, 5', 6, 6', 7, 7', 8, 8’. После не-

обходимой сушки и стабилизации показаний по ним снимались начальные замеры. Последующие замеры по ним снимались после вырезки каждой пары датчиков на строгальном станке. Датчики 8, 8' направления I и датчики 6, 6' направления II, приклеенные после наплавки валика и остывания, дали неправильные показания после вырезки из-за повреждения при вырезке. Полученные зна­чения радиальной деформации в остальных точках этих двух направлений / и II также указывали на наличие коробления листа, В силу этого для исключения влияния коробления были исполь­зованы средние значения радиальной деформации по показаниям каждой соответствующей пары датчиков. Эти средние значения деформаций для каждого г, полученные по показаниям датчиков, прикленных после наплавки и остывания, также нанесены на рис. 40 значками Д, а соответственно для направлений I и II. Сравнение всех этих средних опытных значений радиальной деформации (О, is, Д, а.) с ее теоретическими значениями (кривая) указывает на их удовлетворительное соответствие. Вместе с тем необходимо отметить, что в расчетах деформаций не учиты­валось влияние неодновременное™ наложения шва, а в опытах сварной шов накладывался неодновременно как по участкам, так и в пределах каждого участка с той и с другой стороны листа, Полученные результаты показывают, что влияние неодновремен­ное™ наложения шва не является существенным.