SU1698021A1 - Способ уменьшени сварочных напр жений и деформаций - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к сварочному производству, в частности к способам уменьшени  сварочных напр жений и деформаций , и может быть использовано в различных отрасл х машиностроени . Цель изобретени  - повышение качества сварного соединени , упрощение и расширение области использовани  процесса путем уменьшени  деформаций потери устойчивости и исключени  раст гивающих усилий. После сварки изделие нагревают по границам зоны пластической деформации А до температуры потери сопротивлени  пластическому деформированию. Суммарна  ширина зон пластических деформаций В, вызванных нагревом, не превышает критического значени , причем продольные оси симметрии участков нагрева совпадают с границами зоны пластической деформации, вызванной сваркой. 1 ил., 1 табл. i 1 VO fe

Description

Изобретение относитс  к сварочному производству, в частности к способам уменьшени  сварочных напр жений и деформаций, и может быть использовано в различных отрасл х промышленности.

Известен способ уменьшени  остаточных сварочных деформаций, при котором в кромках детали создают пластическую деформацию укорочени  путем нагрева до температуры потери сопротивлени  пластическому деформированию, а в участке, при- мыкающем к нагреваемой- зоне, создают пластическую деформацию удлинени  прокаткой роликами.

Недостатком известного способа  вл етс  сложность реализации, поскольку необходимо и нагревать и прокатывать роликами свариваемые детали.

Известен способ уменьшени  сварочных напр жений, при котором участок перехода от шва к основному металлу нагревают до температуры плавлени  металла.

Недостатком известного способа  вл етс  низкий процент снижени  остаточных напр жений и деформаций.

Наиболее близким к предлагаемому  вл етс  способ уменьшени  сварочных напр жений и деформаций, при котором детали нагревают по границам зоны пластических деформаций, а между полосами нагрева прикладывают раст гивающие усили .

Недостатком известного способа уменьшени  сварочных напр жений и деформаций  вл етс  сложность реализации и невозможность использовани  при сварке криволинейных швов, поскольку кроме нагрева необходимо прикладывать раст гивающие усили  вдоль оси шва, а также невозможность уменьшени  деформаций потери усОч

ю

00

о

го

тойчивости, поскольку не ограничиваетс  максимально допустима  ширина зон нагрева , вследствие чего тонколистовой элемент может потер ть устойчивость в результате этого нагрева даже без сварки, если ширина зон нагрева больше критической величины.

Целью изобретени   вл етс  повышение качества сварного издели , упрощение и расширение области использовани  процесса путем уменьшени  деформаций потери устойчивости и исключени  раст гивающих усилий.

На чертеже изображено расположение зон пластических деформаций в поперечном к шау сечении сварного соединени  1.

Способ осуществл ют следующим образом .

Под действием усадочной силы в элементах конструкции возникает напр жение сжати . Если напр жени  сжати  превыс т критическую величину, то элементы конструкции тер ют устойчивость. Усадочна  сила пропорциональна площади эпюры остаточных продольных пластических деформаций укорочени . Дл  уменьшени  усадочной силы необходимо уменьшить уровень остаточных пластических деформаций укорочени , т.-е. необходимо обеспечить свободное укорочение металла зоны пластических деформаций. Чтобы выполнить это условие, достаточно временно нарушить механическую взаимосв зь между зоной пластических деформаций А и прилегающих к этой зоне участков С, сохранив при этом физическую св зь. Этого можно добитьс , если изделие нагреть по границам зоны пластических деформаций до температуры потери сопротивлени  пластическому деформированию .

В результате этого зона пластических деформаций получает возможность свободно укоротить свой размер как вдоль, так и поперек оси шва, что приведет к уменьшению продольных и поперечных остаточных напр жений и деформаций потери устойчивости , вызванных сваркой.

Источниками тепла при нагреве могут быть газовое плам , электрическа  дуга, плазменна  стру , а также электроконтакт- ,ные и индукционные источники.

Поскольку оптимальным вариантом  вл етс  нагрев до температуры потери сопротивлени  пластическому деформированию только границ зоны пластической деформации , вызванной сваркой, то дл  исключени  нагрева издели  и увеличени  ширины участков нагрева продольные оси симметрии участков нагрева должны совпадать с границами зоны пластической деформации.

После охлаждени  нагретых участков формируютс  две новые зоны остаточных пластических деформаций укорочени  В, продольные оси симметрии которых совпа- дают с границами зоны пластической деформации , вызванной сваркой.

Дл  того, чтобы сварное изделие не потер ло устойчивость под действием нового напр женного состо ни , необходимо, что- бы суммарна  Ширина зон пластических деформаций В не превышала критического значени .

Усадочную силу Р можно определить по следующей формуле:

- -Ог (4 ),

где д - толщина свариваемых элементов мм; От - предел текучести, МПа; 2bn - ширина зоны пластических дефор- маций, мм.

Реактивные напр жени  сжати  можно определить по следующей формуле:

ОЬж -ргде F - площадь поперечного сечени  соединени , см2.

Условие сохранени  устойчивости имеет вид

Осж Okp

где акр - критические напр жени .

Отсюда определ ем критическую ширину зоны пластических деформаций

2bSP (2-aVi

Л -r-r--+ТГ

F -ст.

кр

Н

Тогда условие сохранени  устойчивости издели  после нагрева будет иметь вид 2В 2bnkb.

Изобретение заключаетс  в том, что изделие нагревают по границам зоны, пластических деформаций до температуры потери сопротивлени  пластическому деформированию , а суммарна  ширина зон пластических

деформаций, вызванных этим нагревом, не превышает критического значени , Оно позвол ет без особых затрат снижать остаточные напр жени  и деформации потери устойчивости, Ни один из известных способов не обладает отмеченными свойствами, так как не нарушает механическую св зь по границам между зоной пластической деформации и остальной частью издели  путем нагрева этих границ до температуры потери

сопротивлени  пластическому деформированию , а также не ограничивает ширину зон пластических деформаций, вызванных на гревом.

Пример. Эксперименты проводились на пластинах из стали Ст.З размером 1000x500x2 мм. По две пластины сваривались встык по длинным кромкам автоматической сваркой в среде углекислого газа на следующем режиме: I 140 A; U 22 В; V 25 м/ч. Ширину зоны пластических деформаций определ ли по лини м скольжени  и она равна 39 мм.

Критические напр жени  определ ли по формуле

л2 D „ л2 Е б2

акр К К

И2д И2 12(1 -г/2) где К - коэффициент, завис щий от геометрических размеров;

D - цилиндрическа  жесткость пластины;

Н - ширина пластины;

б-толщина пластины;

Е - модуль упругости;

V- коэффициент Пуассона.

Дл  случа  шарнирного опирани  продольных кромок при равенстве длины и ширины пластины коэффициент К 4.

105 22

,89 (МПа)

а -ч 314 КР 10002 -12(1 -0,5)

Зна  критические напр жени , можно определить критическую ширину зоны пластической деформации

, ,, ,2-2-8240 . 1 -15.И(мм)

w, I т innnri - n о л

2b

2000 -2,89 1000

Дл  того, чтобы пластины не потер ли устойчивость в результате нагрева, суммарна  ширина зон пластических деформаций, вызванных этим нагревом, не должна превышать 15,14 мм.

Нагрев осуществл етс  ацетилено-кис- лородным пламенем. Расход ацетилена составл л 140 л-ч, а кислорода 130 л/ч. Рабочее давление ацетилена 0,002 МПа, а кислорода 0,2 МПа. Ненагреваемые участки закрывались листовым асбестом толщиной 5 мм. Нагрев осуществл лс  через щели между листами асбеста. Продольна  ось симметрии щели совпадает с границей зоны пластической деформации, вызванной сваркой, и расположена в 20 мм от оси шва.

Температура потери сопротивлени  пластическому деформированию дл  стали Ст.З составл ет 600°С. Установлено, что при нагреве границы зоны пластической деформации , вызванной сваркой, до 600°С при ширине щели между листами асбеста 3 мм, ширина зоны пластической деформации,

вызванной этим нагревом, составл ет 7-7,5 мм, т.е. суммарна  ширина двух таких зон пластической деформации не превышает определенной теоретически критической 5 ширины зоны пластической деформации,

В таблице приведены результаты измерени  по оси шва продольных остаточных напр жений ф и прогиба пластины Wx без нагрева и с нагревом границ зоны пластиче0 ской деформации, вызванной сваркой.

Из таблицы видно, что нагрев границ зоны пластической деформации снижает уровень остаточных напр жений более чем в п ть раз, а прогиб пластины - в восемь раз.

5 К техническим преимуществам способа можно отнести следующее: уменьшение остаточных сварочных напр жений и деформаций за счет нарушени  механической св зи по границам между зоной пластической

0 деформации и остальной частью издели  путем нагрева этих границ до температуры потери сопротивлени  пластическому деформированию; гарантированное уменьшение деформаций потери устойчивости путем ограничени 

5 ширины зон пластических деформаций в нагреваемых участках; возможность снижени  остаточных напр жений и деформаций, вызванных криволинейными швами; простоту реализации путем исключени  раст 0 гивающих усилий.

Экономический эффект от внедрени  изобретени  получают путем повышени  качества сварного соединени  в результате уменьшени  деформаций потери устойчиво5 сти, упрощени  и расширени  области использовани  процесса путем исключени  раст гивающих усилий.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ уменьшени  сварочных напр 0 жений и деформаций, при котором после сварки издели  нагревают по границам зоны пластической деформации, отличающийс  тем, что, с целью повышени  качества упрощени  и расширени  области

   5 использовани  процесса путем уменьшени  деформаций потери устойчивости и исключени  раст гивающих усилий, изделие нагревают до температуры потери сопротивлени  пластическому деформированию, обеспечи0 ва  суммарную ширину зон пластических деформаций, вызванных нагревом не более критического значени  потери устойчивости , причем продольные оси симметрии участков нагрева располагают по границам

   5 зоны пластической деформации, вызванной сваркой.