СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

ПРОКАТКА РОЛИКАМИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЛИСТОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ [15]

Существует несколько схем, с помощью которых можно создать пластические деформации, противоположные сварочным. Это — проковка, растяжение, изгиб и т. п. В применении к листовому металлу относительно небольшой толщины наиболее подходящей оказывается схема осаживания металла по толщине путем прокатки цилиндрическими роликами.

Прокатка шва ті околошовной зоны узкими стальными роликами шириной 5—15 мм под давлением создает местное равномерное статическое осаживание металла по толщине, которое приводит к удлинению металла в зоне прокатки в продольном и поперечном направлениях и снижению остаточных напряжений и деформаций от сварки во всем изделии. Прокатка в основном устраняет дефор­мации, вызванные продольной усадкой. Пластические деформа­ции от прокатки в поперечном направлении невелики и не компен­сируют поперечную усадку от сварки.

На рис. 141 показано, что после прокатки остаточные напряже­ния растяжения могут понизиться, оказаться близким к нулю или даже перейти в напряжения сжатия (рис. 141, б, в и г). Вели­чина остаточного напряжения в прокатанной зоне зависит от мно­гих факторов. К основным из них относятся следующие:

1. Давление Р на ролики при прокатке в кГ.

2. Диаметры роликов d и ширина рабочего пояска s роликов в см.

3. Толщина металла в зоне прокатки 6 в см.

4. Механические свойства металла в зоне прокатки: предел текучести от и модуль упругости Е в кГ/см2.

5. Начальные остаточные напряжения в металле перед про­каткой онач в кГ/см2.

6. Жесткость прокатываемого изделия или узла. Эксперименты показали (рис. 142), что для каждого металла

при заданных размерах роликов и толщине металла в зоне прокатки

существует определенное давле-

ние Р0 на ролики, при котором остаточные напряжения, примерно равные до прокатки пределу теку­чести, снижаются после прокатки до нуля. Утонение металла по толщине при этом составляет 0,5—1%. Это давление в сильной степени зависит от предела текучести металла.

На рис. 143, а показана зависи­мость остаточного напряжения в стали Ст. З после прокатки от диа­метра и ширины роликов. С увели­чением диаметра роликов величина пластической деформации умень­шается, что соответственно ведет к изменению эффекта снижения напря­жен ий. Изменение ширины роликов

р

при постоянном отношении—прак-

1500РкГ тически влияния не оказывает.

(15м) Экспериментальный путь подбора режимов прокатки требует проведе­ния опытных работ и в ряде случаев может оказаться недостаточно опе­ративным. Поэтому на основании решения задачи методами теории пластичности и определения некоторых коэффициентов опытным путем получена приближенная формула, описывающая связь между напряжениями в металле и параметрами режима прокатки узкими роликами:

Р2 _ 6,7rf6ат (Окон — °т)г ( ®нач — 1|БсЦок 4~ 0.5ог) s2 Е (0.7ат + 0,3ана„)

где <4кон — напряжение в металле после прокатки в кГІсм2.

Режим прокатки практически может быть определен двумя способами:

1- й способ. Требуется подобрать режим прокатки сварного соединения из металла, для которого нет данных по применению прокатки с целью исправления деформаций. В этом случае следует воспользоваться формулой (273) и определить необходимое давле­ние на ролики Р. В формулу (273) подставляем акон = 0, так как после прокатки остаточные напряжения в прокатанном ме­талле должны быть равны нулю. Величину начального напряже­ния в металле перед прокаткой следует задать приближенно онач = = от, так как точное определение его связано с проведением опыт­ных работ. В действительности начальные напряжения в швах могут иметь значения как больше, так и меньше ог. Изменение начального напряжения в пределах 0,5аг — от, как это следует из формулы (273), приводит к изменению необходимого давления

прокатки в пределах 13%. Если ок0Н = 0, а онач = оТ, формула (273) упрощается

-У

Вычисленное по формуле (274) давление на ролики Р0 должно уточняться при исправлении конкретного изделия.

2- й способ. Если имеются данные по исправлению деформаций конкретной конструкции, но изменяются условия прокатки или характеристика металла, то при переходе от одного случая к дру­гому можно пользоваться следующими зависимостями.

При переходе с диаметра роликов dt на диаметр d2 давления прокатки, как показывают экспериментальные и расчетные данные, относятся как

Примерно такая же зависимость наблюдается при изменении толщины металла в зоне прокатки. Для предела текуче­сти и модуля упругости металла справедливы следующие зави­симости:

(276)

Р«Х _ VTt

РЧ V Е1'

Разнообразие типов сварных соединений и конкретных условий устранения деформаций требует, помимо изложенного, учета не­которых особенностей этого процесса, позволяющих успешно при­менять прокатку сварных соединений.

повышенных давлениях прокатывают только околошовную зону, добиваясь устранения деформаций за счет уравновешивания на­пряжения в пределах*узкой зоны (рис. 144, в). Нахлесточные ро­ликовые соединения прокатывают обычно только по нахлестке, выбирая давления с учетом двойной толщины металла в зоне про­катки драСЧ = 26. Прокатку можно также использовать для устра­нения деформаций от точечных сварных соединений. Иногда при­меняют сбжатие отдельных сварных точек либо после полного охлаждения их, либо непосредственно после сварки самим свароч­ным электродом [42].

2. Подбирая режимы прокатки (Мн/мг)кГ/ммг

для нагартованных или состаренных (600) 60 металлов, следует иметь в виду, что <

предел текучести металла шва и зоны отпуска рядом со швом может существенно отличаться от предела текучести металла в исходном со­стоянии. На стареющих сплавах :

предел текучести металла около - ■

шовной зоны может меняться в зави­симости от времени, прошедшего после сварки.

3. Иногда прокатка по назначен - д

ному режиму не обеспечивает точ­ного исправления и требуется пов­торная прокатка. Повторная про­катка по одному и тому же месту -20 при неизменном давлении вызывает затухающую пластическую дефор­мацию. Чтобы оцепить эффект пов - L

торной прокатки, следует в фор­мулу (273) вместо Онач подставить Рис. 145. Зависимость остаточ-

величину акон после предыдущего ного напряжения в различных

пропуска. Характер зависимости ^^енпом^ГвлГи^п^

остаточного напряжения от числа катки

пропусков по одному и тому же

месту при неизменном давлении прокатки, полученный экспери­ментально, представлен на рис. 145. Второй пропуск вызывает пластическую деформацию, составляющую не более 10—15% деформации первого пропуска. Если необходимо при повтор­ных пропусках получить большую величину пластической де­формации, то следует повысить давление.

Перекат нежелателен, так как деформации изделия при этом часто начинают возрастать в сторону, противоположную направ­лению сварочных деформаций. Перекат можно исправить повтор­ной сваркой по месту прокатки или прогревом под роликами шовной машины.

4. Механическая правка прокаткой требует высокого качества сборки перед сваркой и определенной очередности операций сборки сварки и правки. Если на сборку подать неправленные детали и сварить их, то прокатка полностью деформаций не устранит. Наличие в изделии ряда швов требует назначения целесообраз­ной последовательности операций сварки и правки.

Если сварка одного из швов не вызывает нарушения качества сборки второго, то исправление можно выполнять после сварки обоих швов. При вероятности нарушения качества сборки второго соединения в результате сварки первого шва следует либо после сборки обоих соединений и сварки первого из них производить его правку до сварки второго шва, либо сборку, сварку и правку второго соединения выполнить после сварки и правки первого соединения.

Для тонких листов качество сборки должно быть особенно ВЫ­СОКИМ. Если один из листов прихвачен со сдвигом относительно другого, то сварка зафиксирует это положение. Такое коробле­ние невозможно исправить прокаткой.

5. На начальной стадии применения метода прокатки в про­мышленности исправление деформаций производилось на металле толщиной до 5 мм. В 1963 г. этот метод был успешно применен на стыковых сварных соединениях из алюминиевых сплавов толщи­ной до 12 мм включительно. Каких-либо серьезных ограничений для применения этого метода на больших толщинах нет. Однако следует учитывать возможность поверхностного наклепа металла, если прокатка производится роликами малого диаметра на металле

большой толщины. По-видимому, отношение - у не следует при­нимать менее 15—20. Опыт применения прокатки в произ­водстве, режимы, наиболее характерные примеры конструк­ций и узлов, подвергавшихся прокатке, приведены в работах [62, 66].

Деформации, вызванные поперечной усадкой, например при сварке круговых швов на плоскости, прокаткой не устраняются. Для этого следует применять специальные методы (п. 57).

Прокатка зоны сварного соединения в результате нагартовки влияет на механические свойства, несколько увеличивая предел прочности и снижая пластические свойства [62]. В тех случаях, когда пластические свойства достигают недопустимо низких зна­чений, следует прокатывать только околошовную зону, не дефор­мируя сам шов. При прокатке околошовной зоны пластические де­формации металла Ничтожны. Не следует применять сферических роликов. Это не оправдывает себя как в отношении устранения деформаций, так и в отношении снижения пластичности металла. В промышленности нашли применение различные конструк­ции машин для прокатки швов с целью устранения деформа­ций [64].