Главная страница Случайная страница
Разделы сайта
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Распределение остаточных напряжений
|
|
В сварных соединениях
Остаточные напряжения в листовых
Конструкциях малых и средних толщин
Представление о распределении собственных напряжений в сварных соединениях сложилось на основе экспериментальных и расчетных данных. Поля этих напряжений крайне многообразны и изменчивы в зависимости от технологических и конструктивных факторов.
 |
Наиболее стабильный характер имеют остаточные напряжения в стыковых соединениях вдоль швов - σ х. В металлах и сплавах толщиной до 15 - 20 мм сваренных за 1 - 3 прохода плавлением при условии, что структурные превращения завершаются при высоких температурах (выше 400 - 500 оС), распределение продольных напряжений имеет вид изображенный на рис.2.6, а.
Рис. 2.6
Зона растягивающих напряжений bр ограничена линиями слева и справа от металла шва, нагревавшегося до температуры 100 – 200 °С. В низкоуглеродистых, низколегированных и аустенитных сталях наибольшие значения напряжений наблюдаются в сварном шве и их величина близка к пределу текучести. В титановых и алюминиевых сплавах максимальные напряжения составляют (0, 5 - 0, 8) σ т. Причем у алюминиевых сплавов в районе максимума напряжений наблюдается провал (рис. 2.6, б).
В зонах сжатия слева и справа от зоны bр напряжения мало меняются по величине, однако при сварке тонких пластин, когда возникает их изгиб, сжимающие напряжения вдалеке от шва могут быть близкими к нулю или даже растягивающими.
 |
В сталях, испытывающих мартенситное и бейнитное структурные превращения, происходящие с разуплотнением структуры, а это обычно бывает при 300 - 400 оС в среднелегированных сталях, характер напряжений в шве и околошовной зоне значительно изменяется. Из-за разуплотнения структуры происходит существенное удлинение детали и возникновение напряжений сжатия в районе шва. Эпюра напряжений, соответствующая этому случаю, изображена на рис. 2.7, а.
Рис. 2.7
При сварке таких сталей аустенитной присадкой эпюра продольных напряжений становится еще более сложной (рис. 2.7, б). Этот случай реализуется, например, при сварке броневых сталей, когда во избежание трещин их сваривают более пластичной аустенитной присадкой.
Рассмотренные закономерности распределения продольных напряжений σ х в пластинах полностью относятся к уг
 |
ловым, нахлесточным и тавровым соединениям (рис. 2.8).
Рис. 2.8
Сварка угловых швов, изображенных на рис. 2.8, за один или два прохода вызывает остаточные напряжения, мало чем отличающиеся от напряжений при сварке встык.
При многослойной сварке угловых швов существенное влияние начинает оказывать поперечная усадка металла. В случае если пластины не закреплены, а значит, нет препятствий относительному повороту листов в результате поперечной усадки, кроме продольных напряжений в соединениях, в корне шва образуются значительные поперечные растягивающие напряжения σ у. При сварке углового шва в конструкции, когда относительный угловой поворот отсутствует, в корне шва образуются сжимающие напряжения σ у.
Сварку нахлесточного и таврового соединения в отношении образования остаточных напряжений можно рассматривать как наплавку валика на лист, и на кромку. При этом специального анализа требует вопрос о распределении тепла между листами в нахлесточном и тавровом соединении, а также в угловом соединении при разной толщине элементов, так как это существенно влияет на распределение напряжений. В общем случае тепло может быть распределено между свариваемыми элементами с колебаниями в широких пределах. Это относится, прежде всего, к ручной дуговой сварке. В качестве примера на рис. 2.9 приведено распределение напряжений в сварном двутавровом соединении (рис. 2.9, а) и в сварном тавровом соединении (рис. 2.9, б) из алюминиевого сплава Амг6.
 |
Рис. 2.9
При сварке таврового профиля швы укладываются на некотором расстоянии от центра тяжести его поперечного сечения. Продольные пластические деформации укорочения в районе сварного шва вызывают в этом случае изгиб тавра. В результате остаточные напряжения в стенке тавра дважды меняют свой знак. Остаточные напряжения в стенке двутавра являются преимущественно растягивающими.
Для рассмотренных толщин (до 15 - 20 мм) помимо продольных напряжений σ х в пластинах возникают поперечные напряжения σ у и касательные τ xy, однако они имеют весьма неопределенные эпюры и невелики по уровню. Касательные напряжения обычно наблюдаются лишь у концов свариваемых пластин.
|
|