Способ уменьшения сварочных напряжений и деформаций

 

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к способам уменьшения сварочных напряжений и деформаций , и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения - повышение качества сварного соединения, упрощение и расширение области использования процесса путем уменьшения деформаций потери устойчивости и исключения растягивающих усилий. После сварки изделие нагревают по границам зоны пластической деформации А до температуры потери сопротивления пластическому деформированию. Суммарная ширина зон пластических деформаций В, вызванных нагревом, не превышает критического значения, причем продольные оси симметрии участков нагрева совпадают с границами зоны пластической деформации, вызванной сваркой. 1 ил., 1 табл. i 1 VO fe

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 В 23 К.28/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

М\

°

О« «Ф (21) 4786387/27 (22) 29.01,90 (46) 15,12.91. Бюл. N 46 (71) Ворошиловградский машиностроительный институт (72) А.И.Гедрович, П.M.Øåâ÷åíêî, А.Н.Ткаченко и П,M.Ïîëåùóê (53) 621.791.75.011(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 580965, кл. В 23 К 28/00, 1977.

Авторское свидетельство СССР

N 197804, кл, В 23 К 28/00, 1967.

Авторское свидетельство СССР

¹ 992233777799,, кKIлt, В 23 К 28/00, 1982. (54) СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ СВАРОЧНЫХ

НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ (57) Изобретение относится к сварочному производству, в частности к способам

Изобретение относится к сварочному производству, в частности к способам уменьшения сварочных напряжений и деформаций, и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известен способ уменьшения остаточных сварочных деформаций, при котором в кромках детали создают пластическую деформацию укорочения путем нагрева до температуры потери сопротивления пластическому деформированию, а в участке, примыкающем к нагреваемой- зоне, создают пластическую деформацию удлинения прокаткой роликами.

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

Известен способ уменьшения сварочных напряжений, при котором участок пере.,. Ы„„1698021 А1 уменьшения сварочных напряжений и деформаций, и может быть использовано в различных отраслях машиностроения. Цель изобретения — повышение качества сварного соединения, упрощение и расширение области использования процесса путем уменьшения деформаций потери устойчивости и исключения растягивающих усилий.

После сварки изделие нагревают по границам зоны пластической деформации А до температуры потери сопротивления пластическому деформированию. Суммарная ширина зон пластических деформаций В, вызванных нагревом, не превышает критического значения, причем продольные оси симметрии участков нагрева совпадают с границами зоны пластической деформации. вызванной сваркой, 1 ил., 1 табл. хода от шва к основному металлу нагревают до температуры плавления металла.

Недостатком известного способа является низкий процент снижения остаточных напряжений и деформаций. Ю

Наиболее близким к предлагаемому яв- 00 ляется способ уменьшения сварочных на- пряжений и деформаций, при котором Я детали нагревают по границам зоны пластических деформаций, а между полосами нагрева прикладывают растягивающие усилия. юг

Недостатком известного способа уменьшения сварочных напряжений и деформаций является сложность реализации и невозможность использования при сварке криволинейных швов, поскольку кроме нагрева необходимо прикладывать растягивающие усилия вдоль оси шва, а также невозможность уменьшения деформаций потери ус1698Î21 тойчивости, поскольку не ограничивается максимально допустимая ширина эон нагрева, вследствие чего тонколистовой элемент может потерять устойчивость в результате этого нагрева даже без свг рки, если ширина зон нагрева больше критической величины.

Целью изобретения является повышение качества сварного изделия, упрощение и расширение области использования процесса пугем уменьшения деформаций потери устойчивости и исключения ргстягивающих усилий.

На черте>ке изображено расположение зон пластических деформаций в поперечном к шву сечении сварного соединения 1.

Способ осуществляют следующим образом.

Под действием усадочной силы в элементах конструкции возникает напряжение сжатия, Если напря>кения сжатия превысят критическую величину, то элементы конструкции теряют устойчивость. Усадочная си»а пропорциональна плошади эпюры остаточных продольных пластических деформаций укорочения. Для уменьшения усадочной силы необходимо уменьшить уровень остаточных пластических деформаций укорочения, т:е, необхсдимо обеспечить свободное укорочение металла зоны пластических деформаций. Чтобы выполнить это условие, достаточно временно нарушить механическую взаимосвязь между зоной пластических деформаций А и прилегающих к этой зоне участков С, сохранив при этом физическую связь. Этого можно добиться, если изделие нагреть по границам зоны пластических деформаций до температуры потери сап роти ален ия пл астическо му деформированию.

В результате этого зонг пластических деформаций получает возмо>кность свободно укоротить свой размер как вдоль, так и поперек оси шва, что приведет к уменьшению продольных и поперечных остаточных напряжений и деформаций потери устойчивости, вызванных сваркой, Источниками тепла при нагреве могут быть газовое пламя, электрическая дуга, плазменная струя, а также электроконтактi Hûe и индукционные источники, Поскольку оптимальным вариантом является нагрев до температуры потери сопротивления пластическому деформированию только границ зоны пластической деформации, вызванной сваркой, то для исключения нагрева изделия и увеличения ширины участков нагрева продольные оси симметрии участков на рева должны совпадать с границами зоны пластической деформации.

После охлаждения нагретых участков формируются две новые зоны остаточных пластических деформаций укорочения В, продольные оси симметрии которых совпа5 дают с границами эоны пластической деформации, вызванной сваркой, Для того, чтобы сварное изделие не потеряло устойчивость под действием нового напряженного состояния, необходимо, что10 бы суммарная Ширина зон пластических деформаций В не превышала критического значения.

Усадочную силу Р можно определить по следующей фо рмуле:

15 . Ьп

Р=2д л д (Ьп/(n — — "-к)), где д — толщина свариваемых элементов мм;

% — предел текучести, МПа;

2bn — ширина зоны пластических дефор20 маций, мм.

Реактивные напряжения сжатия можно определить по следующей формуле:

Р

Ocx =—

25 где F — площадь поперечного сечения соединения, см .

Условие сохранения устойчивости имеет вид

Осж кр где 0

2 Ь. Р =

Тогда условие сохранения устойчивости изделия после нагрева будет иметь вид

2В <2Ьл

Изобретение заключается в том, что иэделие нагревают по границам зоны пластических деформаций до температуры потери сопротивления пластическому деформированию, а суммарная ширина зон пластических деформаций, вызванных этим нагревом, не превышает критического значения, Оно позволяет без особых затрат снижать остаточные напряжения и деформации потери устойчивости. Ни один из известных способов не обладает отмеченными свойствами, так как не нарушает механическую связь по границам между зоной пластической деформации и остальной частью изделия путем нагрева этих границ до температуры потери

55 сопротивления пластическому деформированию, а также не ограничивает ширину зон пластических деформаций, вызванных нагревом.

1698021

10

20

30 гивающих усилий

15,14(мм) Пример. Эксперименты проводились на пластинах из стали Ст.3 размером

1000х500х2 мм. По две пластины сваривались встык по длинным кромкам автоматической сваркой в среде углекислого газа на следующем режиме: I = 140 А; U = 22 В;

V = 25 м/ч. Ширину зоны пластических деформаций определяли по линиям скольжения и она равна 39 мм.

Критические напряжения определяли по формуле

КгР 0 9 Е д2

Н д Н 12(1 — т2) где К вЂ” коэффициент, зависящий от геометрических размеров;

D — цилиндрическая жесткость пласти.ны; . Н вЂ” ширина пластины; д — толщина пластины;

Š— модуль упругости;

v — коэффициент Пуассона.

Для случая шарнирного опирания продольных кромок при равенстве длины и ширины пластины коэффициент К = 4.

2.. 5. 2

Crк 4 3,14 2 10 2 =2;89 (MI1a)

1000 12 (1 — 0,5 )

Зная критические напряжения, можно определить критическую ширину зоны пластической деформации

2Ьпр

К

Для того, чтобы пластины не потеряли устойчивость в результате нагрева, суммарная ширина зон пластических деформаций, вызванных этим нагревом, не должна превышать 15,14 мм, Нагрев осуществляется ацетилено-кислородным пламенем. Расход ацетилена составлял 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 осуществлялся через щели между листами асбеста. Продольная ось симметрии щели совпадает с границей зоны пластической деформации, вызванной сваркой, и расположена в 20 мм от оси шва.

Температура потери сопротивления пластическому деформированию для стали

Ст.3 составляет 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, 35

55 вызванной этим нагревом, составляет 7-7,5 мм, т,е. суммарная ширина двух таких зон пластической деформации не превышает определенной теоретически критической ширины эоны пластической деформации.

В таблице приведены результаты измерения по оси шва продольных остаточных напряжений о, и прогиба пластины В4 без нагрева и с нагревом границ эоны пластической деформации, вызванной сваркой, Из таблицы видно, что нагрев границ зоны пластической деформации снижает уровень остаточных напряжений более чем в пять раз, а прогиб пластины — в восемь раз.

К техническим преимуществам способа можно отнести следующее: уменьшение остаточных сварочных напряжений и деформаций за счет нарушения механической связи по границам между зоной пластической деформации и остальной частью изделия путем нагрева этих границ до температуры потери сопротивления пластическому деформированию; гарантированное уменьшение деформаций потери устойчивости путем ограничения ширины зон пластических деформаций в нагреваемых участках; воэможность снижения остаточных напряжений и деформаций, вызванных криволинейными швами; простоту реализации путем исключения растяЗкономический эффект от внедрения изобретения получают путем повышения качества сварного соединения в результате уменьшения деформаций потери устойчивости, упрощения и расширения области использования процесса путем исключения растягивающих усилий.

Формула изобретения

Способ уменьшения сварочных напряжений и деформаций, при котором после сварки изделия нагревают по границам зоны пластической деформации, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения качества упрощения и расширения области использования процесса путем уменьшения деформаций потери устойчивости и исключения растягивающих усилий, иэделие нагревают до температуры потери сопротивления пластическому деформированию, обеспечивая суммарную ширину зон пластических деформаций, вызванных нагревом не более критического значения потери устойчивости, причем продольные оси симметрии участков нагрева располагают по границам эоны пластической деформации, вызванной сваркой, Wx мм

Составитель Л,Назарова

Техред M,Mîðãåíòàë

Корректор Н,Король

Редактор С.Лисина

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4354 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113Î35, Москва, )К-35, Раушская наб., 4/5