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-

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

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-
висимости истинных напряжений от деформаций. Для приближен-

ных методов расчета сварочных на-
пряжений, как правило, используют
диаграмму идеально пластичного ме-
талла (рис. 3).

Важной характеристикой металла
является коэффициент линейного

расширения а или обобщенная ве-
личина где су—объемная теп-

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

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

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

ТЕПЛОВЫЕ ПРОЦЕССЫ ПРИ СВАРКЕ И СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Таблица /

Металл

а 10* 1

Тср в °С для К, а

г.

дж

су

дж

а

см*

D град

су

смсек'град

см* • град

сек

Низкоуглеродистые

12—16

500—600

0,38—0,42

4,9—5,2

0,075—0,09

и низколегированные

стали

Аустеиитные хромо-

16—20

600

0,25—0,33

4,4—4,8

0,053—0,07

никелевые стали

2,7

Алюминий

23—27

300

2,7

1,0

Технический титан

8,5

700

0,17

2,8

0,06

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.

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.