СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Влияние структурных превращений на деформации и напряжения при сварке

Для установления влияния структурных превращений на ве­личину деформаций и напряжений при сварке легированных ста­лей ниже схематически рассмотрены деформации и напряжения при наплавке валика на кромку полосы.

На рис. 176 показана схема построения кривых относитель­ны v удлинений для волокон, нагревавшихся в процессе сварки выше точки Ас3. В правой части рисунка дана диаграмма отно­сительных деформаций рассматриваемых волокон при остыва­нии. Если бы рассматриваемые волокна при нагреве не достигли точки Асг, то при остывании их относительные удлинения изме­нялись бы по прямой N—О, соответствующей приведенной выше (§ 2) зависимости X от Т. При этом указанному закону будут подчиняться волокна, начиная от температуры 600% так как при более высоких температурах волокна находятся в пластическом

К

К I/ °с

состоянии и их деформации определяются теми воздействиями, которые на них оказывают более холодные волокна полосы Волокна, нагревавшиеся выше точки Ася и состоящие из аусте­нита, при остывании будут укорачиваться быстрее, так как коэ­фициент линейного расширения для аустенита выше, в связи с чем X при остывании выражается следующей зависимостью:

т = 0,0088—0,00002 • (600- Т).

Таким образом, изменение относительных деформаций рассма­триваемых волокон будет происходить по прямой N-J до темпе­ратуры, соответствующей началу структурных превращений. Зная величину Хс—относительных удлинений, соответствующих пол­ным изменениям в связи со структурными превращениями, — не­трудно получить величину относительных удлинений волокна к концу структурных превращений (точка 2 на рис. 176). В це - 190
лях упрощения изменение относительных удлинений в процессе* превращений принимаем по прямой 1—2.

После окончания превращений изменение относительных, удлинений будет происходить по прямой 2 — 3, параллельной прямой N—О, так как закон изменения относительных деформа­ций от температуры для мар­тенсита примерно такой же, как и для обычной структуры незакаленной стали.

В соответствии с приведен­ными зависимостями могут быть построены кривые отно­сительных удлинений для рас­сматриваемых волокону и у2.

Если бы никаких структур­ных превращений не происхо­дило, то, при известном за­коне распределения темпера­туры по длине шва, относи­тельные деформации рассма­триваемых волокон предста­вились бы кривыми Ху, и Ху2, изображенными сплошными линиями на рис. 176. При учете структурных превращений эти кривые примут вид, изобра­женный пунктиром. Нетрудно видеть, что характер кривых X сильно зависит от темпе­ратуры начала и конца пре­вращений (кривые, изображен­ные пунктиром с точками, для пониженных температур пре­вращений).

Для определения влияния изменений в характере кри­вых на величину действитель­ных деформаций рассмотрим два характерных момента: на­чало и конец превращений.

На рис. 177, а приведено сечение полосы в момент на­чала превращений. Если бы структурные превращения про­изошли при температуре выше 600", то относительные тепловые удлинения Xотдельных волокон (в предположении независимости деформаций каждого волокна) изобразились бы кривой abed. С учетом ранее полученных пластических деформаций сжатия отно­сительные деформации представились бы кривой a'b'cd. Действи­тельные деформации определились бы прямой a"—d Если же

-вмененные деформации X, то относительные тепловые дефор­мации представятся ломаной кривой ajxfcd, а с учетом ране? полученных пластических деформаций — ломаной кривой afu f'^b'cd. Изменение относительных деформаций отдельных волокон приводит к изменению положения прямой действительных дефор­маций, которая расположится по линии ах d. При этом напряже­ния растяжения на кромке под валиком возрастут, достигнув величины os, а кривизна в рассматриваемом сечении уменьшится.

Для некоторого последующего момента времени, соответствую­щего концу превращения аустенита в мартенсит, относительные деформации приведены на рис. 177, б. В этом случае вместо. кривой относительных деформаций abed или a'b'cd (при учете

пластических дефор­маций, полученных ранее) будут иметь местоотносительные деформации, опре­деляемые линией fl1 fifed, или, с уче­том ранее получен­ных пластических деформаций, опре­деляемые линией aff’ b ed. В связи с тем, что с обра-

Рис. 178. Влияние объемных изменений, вызванных зованием мартен структурными превращениями, па характер кривой Сита возросли по - изменения кривизны. ложительные, от­

носительные дефор­мации в зоне структурных превращений, действительные деформации определятся не прямой a'd а прямой a[d[ . При этом кривизна полосы в рассматриваемом сечении уменьшится, однако с той разницей по отношению к сечению, представлен­ному на рис. 177, а, что там уменьшилась положительная кри­визна, а на рис. 177, б уменьшилась отрицательная кривизна.

Весьма резко меняется и эпюра напряжений. В рассматри­ваемом случае вся зона, подвергшаяся структурным превраще­ниям, оказалась сжатой, в то время как растягивающие напря­жения предельной величины (равные зл) отошли от кромки на расстояние s.

В соответствии с указанными изменениями в развити^ де­формаций и напряжений изменяются и конечные деформации и напряжения. На рис. 177,5 приведено сечение после полного его остывания. Если бы все волокна могли иметь ту длину, которая соответствовала бы лишь их тепловым и структурным дефор­мациям, то они заняли бы положение, определяемое ломаной линией aajjed. После вычитания ранее полученных пластиче­ских деформаций относительные деформации представятся ли­
нией af'fb'cd, а действительные — прямой ad. Таким обра­зом, и конечная отрицательная кривизна оказалась меньше кривизны, получающейся в случае, когда все структурные изме­нения происходят при Т >600°.

Следовательно, наличие структурных превращений привело к изменению и деформаций и напряжений’ Нетрудно видеть, что с уменьшением ширины s зоны структурных превращений влияние последних на общие деформации будет меньше.

Если рассмотреть влияние структурных превращений на ха рактер кривой изменения кривизны С, то, в соответствии с отме­ченным, кривая кривизны С представится в виде, изображенном на рис. 178. Если выделить ту часть кривой С, которая вызван;» только структурными превращениями, то она изобразится кри­вой Сстр, приведенной на том же рис. 178. Величина предель­ного значения кривизны Сстр может быть весьма мала и даже равна нулю. Таким образом, структурные превращения в про­цессе сварки сперва уменьшают кривизну, а затем увеличивают ее (уменьшая отрицательную кривизну).