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.

Рис. 141. Изменение продольных напряжений сх в результате прокатки роликами при различных давлениях:

а — начальное распределение; б — давление меньше оптимального; в — давление рявно оптимальному; г - г давление выше оптимального

LJ

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

0

(Мн/нг)кГ/н*г

0 500 1000

Рис. 142. Зависимость остаточ­ного напряжения в металле от давления прокатки. Диаметр роликов d = 8 см', s = 1 см

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:

(273)

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

б ост

к Г/'мм2 80

О -

-20

(-200) (Мн/м2)

6)

И

н

(

L г

Р=53

$=1,5

0кГ(4,Зкн) s=9mm мм п=1

... 1 1

£=шкг/і d= 80мм

м(480кн//

Р ' і) п = 1

8=1,5мм

-20

100 120 й мм

6,5

°)

-10

Рис. 143. Зависимость остаточного напряжения в металле от диа­метра (а) и ширины (б) роликов для стали Ст. 3 после прокатки

vocm

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

10,Ы6<4

(274)

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:

2

'L О 7»

1 2

(276)

(277)

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.

а)

Рис. 144. Различные схемы прокатки роликами:

а — прокатка всей зоны пластических деформаций; б — в средней части зоны создан перекат; в — шов ие проиатаи

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

I I сі=80мн s=10hm

і і

СП D -

ы

k Mjr

1020кГ( 1200к Г ( ,1000кГ Р-ЗЗОк!

Щ2кн) 12 к н) '10 км) (3,3кн)

<тЛ\

ср>А

1 2 о

Число пропусков

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].

СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Сварка монтажных стыков

Как отмечалось выше, при стыковании на монтаже двух сек­ций конструкции условия для выполнения сварки являются наиболее тяжелыми. Выполнение сварки всего сечения одно­временно— совершенно невозможно, а поэтому после наложения части швов …

Влияние методов выполнения шва

Если на общие деформации сварных конструкций большое влияние оказывает последовательность наложения отдельных швов, то на местные деформации и деформации из плоскости свариваемых листов существенное влияние оказывает метод выполнения каждого шва. …

Влияние последовательности наложения швов

Как отмечалось выше, при сварке сложных составных сече­ний и конструкций характер возникающих деформаций зависит от порядка наложения швов. Поэтому одним из основных средств борьбы с деформациями при изготовлении сварных конструкций …

Как с нами связаться:

Украина:
г.Александрия
тел./факс +38 05235  77193 Бухгалтерия
+38 050 512 11 94 — гл. инженер-менеджер (продажи всего оборудования)

+38 050 457 13 30 — Рашид - продажи новинок
e-mail: msd@msd.com.ua
Схема проезда к производственному офису:
Схема проезда к МСД

Оперативная связь

Укажите свой телефон или адрес эл. почты — наш менеджер перезвонит Вам в удобное для Вас время.