ТЕОРИЯ сварочных процессов

Методы определения напряжений, деформаций и перемещений

Экспериментальные методы

Существует большое количество экспериментальных методов определения сварочных напряжений, деформаций и перемещений. Перемещения и деформации на внешних поверхностях конструк­ций наиболее просто измерить. Это можно сделать с помощью различных датчиков или видеокамер. Весьма эффективным, обес­печивающим регистрацию всех компонент перемещения, является лазерный голографический метод. Для измерения деформаций наибольшее применение находят тензодатчики, наклеиваемые на поверхность детали.

Напряжения, как правило, рассчитывают по результатам изме­рений перемещений, деформаций или других физических пара­метров, изменяющихся при появлении в металле напряжений. Для измерений используют механические, магнитные, ультразвуковые, рентгеновские методы, нейтронное облучение, методы измерения твердости и т. д.

Экспериментальные методы чаще всего применяют для опре­деления остаточных напряжений. Механический метод опреде­ления напряжений дает наиболее достоверные результаты, но при­водит к повреждению исследуемой сварной конструкции. Напряжения рассчитывают по тем деформациям, которые возни­кают в конструкции при устранении напряжений. Для этого вы­полняют следующие действия:

1) устанавливают датчики деформации и снимают начальные показания;

2) устраняют остаточные напряжения в анализируемой зоне конструкции, где установлены датчики;

3) снова снимают показания датчиков и определяют Де - из­менение деформации в результате устранения напряжений;

4) рассчитывают остаточные напряжения по формулам теории упругости.

Устранение напряжений проводят различными способами в за­висимости от вида сварной конструкции: вырезанием из нее не­большого участка с датчиками; послойным снятием металла на токарном или фрезерном станке; сверлением отверстий; прореза­нием канавок и т. д. Важно в процессе этой обработки не вызвать появления новых напряжений в анализируемой зоне.

Если известно, что в зоне измерения действует только одна компонента остаточного напряжения а (остальные компоненты малы), то ее можно рассчитать по формуле

а = -£Дє, (11.5)

где Е - модуль упругости (модуль Юнга) материала.

В общем случае необходимо в каждой точке поверхности уста­новить три датчика по разным направлениям и определить изме­нения трех компонент деформации: Дє^, Дг^и Де^. Деформа­ции могут быть также определены по измеренным перемещениям точек на поверхности UXVL иу с помощью формулы

1 ( ди, ди і

—+— dj ді

где каждый из символов і и j может принимать значения х или у.

По изменениям деформаций рассчитывают три компоненты остаточных напряжений:

^(Ае^ + цАе^) £(Аеу>, + |лАехх.)

СТдэГ_ (1-ц2) ’ ^ (1-У)

аху=_Е(П7)

где р - коэффициент Пуассона материала.

Достоинством этой методики является отсутствие необходимо­сти замеров до сварки и во время сварки (она пригодна для иссле­дования готовых конструкций), а недостатком - повреждение конструкции. Некоторые другие методы (магнитные и ультра­звуковые) также применяются для определения остаточных на­пряжений в готовых конструкциях (и при этом не повреждают их), но они дают достоверные результаты только для однородного ос­новного металла (вдали от сварного шва). Это связано с тем, что измеряемые в этих методах параметры (магнитная проницаемость,

Скорость электронов намного больше скорости молекул ve^>vM. Кроме того, согласно кинетической теории газов элек­трон можно считать точкой (de <§: dM). Это значит, что электрон может подойти к центру молекулы на расстояние dj2, поэтому

площадь круга эффективного соударения Qea будет вчетверо меньше. Учитывая это, получим газокинетический пробег элек­трона

Ae=V2-4AM«5,6AM. (2.24)

Например, в воздухе при Т = 300 К и атмосферном давлении для газов Лм = 1 • КГ7 м. В плазме при Т = 6000 К значение Лм бу­дет в 20 раз больше (см. формулу (2.9)), а Ае ~ 20 • 5,6 * 10~7 ~ = 1,110-5 м. Такое значение (Ле~ 10 5 м) часто принимают при расчете в приэлектродных областях дуги наряду с Лг ~ КГ7 м. Вы­численный по Рамзауэру пробег электрона в плазме Ае может от­личаться от газокинетического Ае в десятки раз.