СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Влияние первого слоя на деформации от последующих слоев

Для установления влияния предшествующих слоев на дефор­мации от последующих ниже рассмотрены несколько случаев наплавки двухслойного валика при различных соотношениях ре­жимов наплавки каждого из слоев.

Предположим, что при наложении на кромку полосы первого слоя многослойного валика в момент достижения зоной нагрева (свыше 600") наибольшей ширины Ьу относительные тепловые деформации изображаются кривой XJt а действительные дефор­мации — прямой Aj (рис. 73, а). Соответственно после полного остывания полосы вслед за наложением первого слоя деформа­ции изобразятся кривой Xj и прямой Aj.

Если бы при наложении второго слоя валика тем же режимом и тех же размеров, что и первый слой, волокна имели перво­начальную длину, то относительные деформации Х2 от нагрева при втором слое изобразитись бы той же кривой, как и для первого слоя. Но так как некоторые волокна в результате нало­жения первого слоя оказались укороченными на величину, опре­деляемую кривой Х2 (рис. 73, &), то при вторичном нагреве отно­сительные тепловые деформации отдельных волокон будут опре­деляться разностью Х2—Хь причем в данном случае Х2 = ХГ Кривая тепловых удлинений Х2— ).i (изображена пунктиром с точками на рис. 73, а) имеет смысл только в пределах той ширины полосы, где температура не превышает 600°, так как на остальной ширине, равной Ь2 = Ь1У материал находится в пла­стическом состоянии, и, следовательно, какие бы то ни было де­формации от первого слоя не смогут проявиться. Таким образом, вместо кривой X, деформации полосы будут определяться кривой

Х2 — Xj = Xj—Xj.

В связи с этим действительные деформации при втором нагреве будут изображаться прямой вместо прямой Л,, соот­ветствующей первому нагреву. Так как деформации Д2 несколько меньше деформаций Д1} то пластические деформации обжатия после второго слоя, равные Л2— Д2, окажутся несколько больше деформаций Xj — Др вызванных первым слоем, что приведет к увеличению деформаций укорочения X' после полного остывания по сравнению с деформациями X' (рис. 73, б) и к изменению конечных действительных деформаций Л'. Конечная кривизна полосы после наложения двух слоев, как видно из рис. 73, б, незначительно увеличится по сравнению с кривизной полосы после первого слоя.

Если второй слой валика выполнять при повышенных режи­мах, то результаты будут следующие.

При нагреве во время наложения второго слоя относитель­ные деформации Х„ будут отличаться от деформаций X,, соот­ветствующих первому* слою. Из приведенных на рис. 74, а кри­вых Xj (сплошная кривая) и Х2 (пунктир с точкой) видно, что ширина Ьг зоны вторичного нагрева настолько больше ширины Ьи что все пластические деформации Хь вызванные первым слоем (рис. 74, б), попадают в пределы ширины зоны bv При этом тепловые удлинения Х2 —Хі в пределах упругой части ширины полосы будут равны Х2, так как деформации Xj на этом участке равны нулю. Таким образом, при вторичном нагреве тепловые деформации отдельных волокон будут такие же, какие были бы от первого слоя, если бы этот слой выполнялся при том режиме, при котором выполнялся в данном случае второй слой. Так как

в рассматриваемом случае тепловые деформации Х2— h при вто­ричном нагреве равны Х2, то и действительные деформации Д2 (в момент наибольшего нагрева) и ±'2 (после наложения обоих

М А;Л

слоев — рис. 74, б) будут равны тем, которые были бы при выпол­нении одного второго слоя, если бы этот второй слой накла­дывался на свободную от начальных напряжений полосу. Таким образом, конечные деформации после наложения двух слоев будут в данном случае меньше, чем после наложения первого слоя.

Наконец, в том случае, когда второй слой выполняется при более низком режиме, нежели режим, при котором выполнялся первый слой, то конечные деформации от наложения двух слоев 94

будут, как это видко из построений, приведенных на рнс. 75* больше, чем от одного первого слоя, и больше, чем деформации - от одного второго слоя, если бы этот последний накладывался на свободную от напряжений полосу. Эю обусловлено тем, что^

Я. 4

тепловые удлинения X., — >1 при вторичном нагреве значительно ниже удлинений Х2> так как из-за малой ширины Ьг зоны нагрева большая часть деформаций Xj остается не снятой. Соответ­ственно понижены действительные деформации - Д2 в момент наибольшего нагрева и повышены пластические деформации є2. Увеличение последних приводит к тому, что деформации Х2
^осле полного остывания оказываются по абсолютной величине больше, чем от одного второго слоя, а по ширине занимают ту же зону, что от одного первого слоя. Все это приводит к тому, что конечные деформации Д2 и конечная кривизна полосы после двух слоев оказывается больше, чем от одного первого слоя и больше, чем от одного второго слоя, если бы этот последний накладывался на свободную от напряжения полосу.

Из рассмотренных случаев следует, что конечные деформации и кривизна после наложения двух слоев будут:

1) равны деформациям и кривизне от одного второго слоя (в предположении наложения его на свободную от начальных напряжений полосу) в том случае, если режим, выбранный для второго слоя, создает ширину b зоны нагрева, равную или боль­шую, чем ширина зоны нагрева, занятая деформациями X',, вы­званными первым слоем;

2) равны или больше деформаций и кривизны от одного первого слоя в том случае, когда второй слой выполняется при том же режиме, что и первый слой, и

3) больше деформаций и кривизны от одного первого слоя в том случае, когда режим второго слоя ниже режима первого слоя.

Приведенные положения справедливы для любых эпюр конеч­ных деформаций (с сжатием на кромке под валиком или с рас­тяжением), так как основное значение имеет не форма эпюры конечных деформаций, а соотношение ширины зоны нагрев^ при наложении второго слоя и ширины, занятой пластическими дефор­мациями, вызванными первым слоем. Некоторое различие имеет место лишь в том случае, когда второй слой выполняется при более низком режиме, нежели режим первого слоя. В случае эпюры от первого слоя с растягивающими напряжениями на кромке у валика увеличение деформаций по сравнению с де­формациями Xj может не вызвать соответственного увеличения деформаций Ь'2. На рис. 76 приведено определение конечных

деформаций от двух слоев в случае эпюры с растягивающими напряжениями на кромке при одинаковых режимах выполнения первого и второго слоев. Как видно из рис. 76, несмотря на то, что деформации Х'2 больше деформаций X' , конечные дефор­мации Aj равны деформациям AJ, так как увеличение дефор­маций Х^ произошло в той части полосы, где имеют место ко­нечные пластические деформации растяжения. Увеличение этих последних не изменяет конечных деформаций и кривизны полосы. Тем более такое положение будет существовать и в том случае, когда зона вторичного нагрева будет ^же зоны нагрева от первого слоя, так как в этом случае изменение деформаций Х2 по сравнению с деформациями X' произойдет на более узком участке.

Таким образом, применение при наложении второго слоя того же режима, что и при первом слое, или более низкого режима приводит к увеличению пластических деформаций Уп,

которые, однако, не всегда приводят к увеличению конечных деформаций и кривизны полосы.

Из приведенных данных видно, что наложение второго и соответственно последующих слоев валика может вызвать и увеличение и уменьшение конечных деформаций и кривизны полосы, а также и увеличение или уменьшение конечных пла­стических деформаций. Зная влияние режима сварки на величину деформаций и напряжений полосы заданных размеров, всегда можно соответствующим подбором режима не только не увели­чивать деформаций от второго и последующих слоев, ьо даже уменьшить деформации, вызванные первым слоем.

Экспериментальные работы, посвященные этому вопросу, из которых следует отметить работу Шеверницкого и Мамонова [21] и работу проф. Николаева Г. А. [11], в полной мере подтвер­ждают установленные выше закономерности, хотя выводы авто­ров не всегда достаточно точны и справедливы.

Так, Шеверницкий и Мамонов в результате проведенных исследований приходят к общему выводу, который ими сформу­лирован следующим образом: „Деформация изгиба от наплавки на кромку пластины нескольких слоев, выполненных при разных режимах, будет равна деформации от наплавки одного слоя, выполненного при наибольшем тепловом режиме, который при­менялся при наплавке этих нескольких слоев“.

Такая формулировка непосредственно приводит к выводу, что наплавка нескольких слоев одинаковым режимом не изме­няет деформаций, вызванных первым слоем, что противоречит установленному выше для узких пластин и расходится с наблюде­ниями самих исследователей, которые при применении одного и того же режима для наплавки двух слоев получили в итоге увеличение деформаций против полученных от первого слоя. Попытка объяснить это погрешностями опыта не оправдана, так как полученные результаты вполне согласуются с установлен­ными выше закономерностями. Расхождение же с формулиров­кой авторов объясняется недостаточной точностью последней, вследствие упрощенного представления о механизме явлений, происходящих при наложении нескольких слоев. Дело в том^ что даже в случае выполнения второго слоя на более высоком’ режиме деформации не всегда будут возрастать, как это утвер­ждают Шеверницкий и Мамонов. Прежде всего, чтобы второй слой аннулировал деформации, вызванные первым слоем, необ­ходимо, чтобы ширина зоны нагрева (свыше 600°) была больше или равна ширине зоны пластических деформаций, вызванных первым слоем.

Далее, если указанное условие соблюдено, то это означает только то, что деформации от обоих слоев будут равны тем, которые имели бы место, если бы наплавлялся один второй слой,

7 Н. О. Окерблом. 2381. 97

но это еще не означает, что конечные деформации от двух слоев будут больше чем от одного первого слоя. Если обратиться к зависимости кривизны от силы тока или мощности дуги (рис. 55, 77), то нетрудно убедиться, что для некоторой ширины полосы /*! деформации после наплавки двух слоев будут больше деформаций от первого слоя, если первый слой выполняется силою тока Л, а второй—силою тока /2>/1. В том случае конечные деформации полосы после наплавки двух слоев определятся кривизной С2 > Cv В то же время, если бы первый слой был выполнен силою тока 1 , а второй—силою тока /2, то

конечные деформации были бы также равны деформациям от одного второго слоя, но эти деформации были бы меньше, чем от одного первого слоя. Применение тех же режимов и /'

для наплавки двух слоев на полосу шири­ною Л, > hx вызвало бы конечные деформации, большие чем от одного первого слоя (рис. 77).

Из приведенного видно, что при наплав­ке нескольких слоев конечные деформации могут быть больше,

меньше или равны де­формациям от одного первого слоя в зависи­мости от выбранных

режимов сварки отдельных слоев, ширины полосы и критиче­ского режима для этой ширины полосы. Определение конеч­ных деформаций не встретит затруднений в каждом отдельном случае, если известна зависимость С=/(/).