СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ
ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Распределение температур и характер термических циклов существенным образом влияют на образование и распределение сварочных напряжений. С достаточной для рассматриваемого случая точностью при расчетах можно пользоваться результатами, получаемыми в теории тепловых процессов [100]. Наибольшие расхождения экспериментальных и расчетных значений температур, как известно, получаются в области высоких температур, где идеализированная схема введения тепла в тело заметно отражается на точности определения температуры. В теории сварочных напряжений и деформаций большинство расчетов относится к областям нагрева не свыше 800—900° С, где погрешность определения температур, как правило, невелика.
Для определения сварочных напряжений необходимо иметь зависимости предела текучести и модуля упругости Е от температуры. Данные для некоторых металлов, приведенные на рис. 2, допустимо использовать лишь для приближенных расчетов, которые чаще всего и приходится выполнять. При повышенных скоростях деформации предел текучести повышается, а сравнительно кратковременный нагрев металла при сварке не позволяет ему
понизиться до значений, приведенных на рис. 2. В особенности это относится к металлам, свариваемым в нагартованном или термически обработанном состоянии, для которых требуется определенная продолжительность пребывания при высокой температуре, чтобы успели пройти процессы разупрочнения металла. При использовании значений предела текучести необходимо также обращать внимание на максимальную температуру нагрева и скорость охлаждения, предшествовавшие рассматриваемому моменту времени. Если металл нагревался выше температуры начала структурного превращения, то в процессе дальнейшего охлаждения в за-
|
|
|
Рис. 2. Механические свойства металлов при высоких температурах: а — модуль упругости низкоуглеродистой стали {/) и технического титана (2) б — предел текучести ийзкоуглеродистой стали (/) и титанового сплава (2);- действительные зависимости;---------------------------------------- — схематизированные зависимости |
|
(Мн/мг}кГ/ммг |
£■10 (Мн/мг) к Г/i
|
1,6 |
|
0,8 |
|
О |
(&W
висимости от его скорости можно получить свойства, заметно отличающиеся от свойств в соседних зонах, хотя температура на стадии охлаждения в этих зонах и не будет существенно отличной.
В упрощенных расчетах бывает удобнее пользоваться схематизированной диаграммой зависимости предела текучести от температуры. На рис. 2 эти диаграммы показаны пунктирными линиями. Для низкоуглеродистых сталей используется диаграмма с изломом при Т = 500° С и нулевым значением ат при Т = 600° С. Подобная схематизация пригодна и для диаграмм алюминиевых сплавов, однако с другими значениями температур. Для титановых сплавов более правильна схематизация по линейному закону.
Использование значений пределов текучести металлов при расчетах, когда протекают пластические деформации, также вносит некоторые неточности.'Для углеродистых сталей, если пластическая деформация невелика, это не приводит к большим погрешностям из-за наличия площадки текучести. У нержавеющих аусте - нитных сталей, титановых и алюминиевых сплавов площадки
|
текучести обычно не бывает. Поэтому пластическая деформация сопровождается упрочнением металла и повышением в нем на- пряжений выше условного предела текучести. В случае необходимости следует пользоваться диаграммой за- ных методов расчета сварочных на- Важной характеристикой металла расширения а или обобщенная ве- дж! см3-° С. Величи- |
|
лоемкость а ~су тому, что а и су изменяются в зави - а величина — практически остается постоянной в некотором интервале температур. В качестве примера на рис. 4 показаны зависимости для низкоуглеродистой |
|
в |
|
сг |
/> |
||||||||
|
«S |
—*— |
||||||||
|
-X -и~ |
_о_ |
а ач -гг- |
, Q— |
L^' |
|
а Ж 1/град 20 |
|
стали (рис. 4, а) и для аустенитной хромоникелевой стали типа 18-8 (рис. 4, б). В широком диапазоне температур величина — практически остается постоянной. В ряде случаев для выполнения расчетов необходимо пользоваться не значениями коэффициента линейного расширения а, а непосредственно дилатометрическими кривыми металла. |
|
(су)ср и ( — ] — средние значения от 0° С до соот- су /ср ветствующен температуры |
|
|
|
Рис. 3. Диаграмма а—е идеально пластичного металла |
|
удобней пользоваться по- |
|
ной |
|
симости от температуры, |
|
& |
|
а) |
|
Рис. 4. Зависимости а, су и - Д - от температуры: <хср; су |
|
|
|
Таблица /
|
Расчетное определение сварочных напряжений и деформаций тесно связано с вычислением температур металла, которые, в свою очередь, зависят от теплофизических коэффициентов теплопроводности (й), температуропроводности (а) и теплоемкости (су). В табл. 1 приведены средние значения а, К, а, су для некоторых металлов, обычно применяемые в расчетах.
