Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций
| Листать книгу |
|---|
| Листать |
| Страницы:
1 ... 22 ... 66 ... 110 ... 138 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 скачать книгу Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций В тех случаях, когда оценивается сопротивляемость металла шва разрушению в условиях пониженных температур, испытания шва проводят с натуральным концентратором в виде непровара и при вычислении Кс по результатам испытаний принимают его в виде трещины ... Рассеяние свойств металлов, режимов сварки, форм концентраторов, а главное, их радиусов приводит на практике к тому, что отдельные экземпляры изделий имеют более высокую критическую температуру хрупкости ... Значения температуры, при которых регистрируются стабильные высокие результаты по пластичности, обеспечивают максимально возможные механические свойства ... При этом стремление уменьшить зону термического влияния и разупрочнения в диапазоне температур высокого отпуска приводит к необходимости сваривать при малых погонных энергиях, а это, в свою очередь, создает высокие скорости охлаждения и вызывает сильную закалку в зоне перекристаллизации ... Опасность хрупкого разрушения представляется более существенной, чем некоторое снижение выносливости, поэтому для конструкций, работающих при низких температурах, обычно назначают высокий отпуск ... Возможное образование холодных и горячих трещин нередко диктует свои требования к режимам сварки, которые входят в противоречие с требованиями хладостойкости ... Рациональное конструктивное оформление сварных узлов, устранение малых радиусов перехода, отсутствие непроваров и применение эффективных методов контроля качества также позволяют существенно повысить сопротивляемость хрупким разрушениям ... Для повышения сопротивляемости хрупким разрушениям при низких температурах можно предварительно нагружать конструкции при нормальных температурах, когда невозможны хрупкие разрушения ... Появление в концентраторах больших пластических деформаций, которые должны были бы возникнуть при низких температурах, увеличивает радиус концентратора и создает после разгрузки в зоне концентратора остаточные сжимающие напряжения ... Для машин и установок с малой общей длительностью работы — не более сотен часов — за предел ползучести принимают напряжение, при котором деформация за заданный промежуток времени достигает значения, установленного техническими условиями ... Прочность материала при высокой температуре, находящегося под напряжением в течение длительного времени, оценивается пределом длительной прочности Тдп — напряжением, вызывающим разру ... Схема определения предела ползучести оп по результатам испытаний при более высоких напряжениях шение при заданной температуре через определенный промежуток времени ... Изучение причин хрупкости по результатахМ испытаний на длительную прочность требует большого времени и затруднено разбросом значений пластической деформации ... При более высоких температурах с уменьшением скорости деформации происходит переход к межзеренному разрушению, что влечет за собой существенное умень шение пластичности ... В некотором диапазоне скоростей деформации пластичность достигает минимума, и при дальнейшем уменьшении скорости либо не меняется, либо слабо повышается ... Свойства сварных соединений при высоких температурах Свойства сварных соединений при высоких температурах эксплуатации отличаются от свойств основного металла при тех же температурах главным образом по двум причинам ... В сварных соединениях возникает концентрация напряжений, которая при высоких температурах действует как фактор концентрации пластических деформаций ползучести и как фактор постоянно действующего напряжения в местах объемных схем напряженного состояния, где ползучесть затруднена ... Оценка механических свойств шва и зон термического влияния в отдельности не может дать ответа на вопрос о поведении сварного соединения в целом, так как при высоких температурах в процессе ползучести металла происходит сложное механическое взаимодействие отдельных зон, приводящее как к исчерпанию пластичности металла некоторых мест, так и к образованию объемных напряжений в прослойках с последующим хрупким разрушением ... Неоднородность механических свойств, обусловленная условиями сварки, реакцией основного металла на термический цикл, выбором присадочных металлов, может быть уменьшена термической обработкой ... Предел ползучести сварного соединения, который характеризует сопротивление ползучести на установившейся стадии, обычно не определяют, так как участок сварного соединения составляет лишь небольшую часть сварной конструкции и не может оказать заметного влияния на общее изменение его при эксплуатации ... Предел ползучести отдельно для металла шва определяют, чтобы выбрать такую композицию шва, которая обеспечивает предел ползучести, не уступающий основному металлу ... Такое испытание при расположении шва поперек образца позволяет выявить наименее прочный участок, а при расположении шва вдоль образца — наименее пластичный участок сварного соединения ... Степень проявления эффекта контактного упрочнения зависит от разницы свойств основного металла и мягкой прослойки, а также от относительной толщины прослойки ... Методы этой группы основаны на воспроизведении термического цикла сварки на основном металле и последующем испытании образца в условиях, отвечающих режиму эксплуатации ... Хотя такие методы дают количественные результаты оценки, они не в полной мере воспроизводят влияние сварки, например деформационный цикл и диффузионные процессы ... Преимущество их состоит в том, что они не предусматривают проведения сварки и могут быть использованы для оценки качества стали на металлургических заводах ... При полном проваре по всей толщине, проведении в необходимых случаях термической обработки и контроле качества шва по всей длине неразрушающими методами ср ... Коэффициент прочности стыковых соединений углеродистой и низколегированной марганцовистой сталей, контроль качества которых неразрушающими методами производится не по всей длине, принимается в зависимости от способа сварки ... Расширение и сокращение металла от неравномерного нагрева или охлаждения, а также от структурных превращений образуют так называемые собственные, или внутренние деформации и напряжения при сварке ... Свойства металлов при высоких температурах Для вычисления собственных напряжений довольно часто приходится использовать характеристики свойств металлов при высоких температурах ... Однако в ряде случаев приходится пользоваться дилатограммами — экспериментально полученными графиками изменения линейного размера образца от температуры ... Образование напряжений и деформаций при непрерывном нагреве и остывании Изучение собственных напряжений при сварке целесообразно начинать с простейших примеров ... Будем полагать, что модуль упругости Е и предел текучести сгт для низкоуглеродистой стали изменяются непрерывно с повышением температуры, как показано на рис ... Остаточная пластическая деформация равна алгебраической сумме пластической деформации, возникшей при нагреве, и приращения пластической деформации, возникшей при остывании ... Если считать значение а в некотором интервале температур постоянным, то горизонтальную ось можно рассматривать в некотором масштабе и как ось температур ... Закономерность снижения модуля упругости Е с температурой у титанового сплава примерно такая же, как у низкоуглеродистой стали, но значение его у титанового сплава в два раза меньше ... Чтобы получить отдельно значения упругой и пластической составляющих, необходимо воспользоваться пределом текучести ог при комнатной температуре и определить максимально возможную упругую деформацию ... Как следует из расчета, максимальные остаточные напряжения в низкоуглеродистой стали являются растягивающими, равны пределу текучести и наблюдаются в зоне шва и околошовной зоне, нагревающейся до сравнительно высоких температур ... Сварочные напряжения определяют, например, для анализа напряженного состояния при исследовании выносливости соединений, сопротивляемости разрушению при наличии трещин, коррозионной стойкости, а также в целях установления эффективности использованных методов снижения собственных напряжений при сварке, после сварки или термической обработки и для определения усадки и возникающих при этом перемещений ... В качестве измерительных преобразователей перемещений часто используют механические приборы и тензорезисторы, значительно реже — индуктивные и пневматические преобразователи ... Производят начальные измерения, а затем из металла вырезают цилиндры диаметром не менее пяти диаметров отверстий, причем отверстие находится в центре цилиндра ... Из дилатограммы получают закон изменения температурной деформации еа во времени, а по разностям е,Хк — еа и еУн — еа находят закон изменения собственных деформаций ... Распределение сварочных напряжений в сварных соединениях Современные представления о распределении собственных напряжений в сварных соединениях сложились на основе экспериментальных и расчетных данных ... Все рассмотренные закономерности распределения напряжений ох в стыковых соединениях полностью относятся к соединениям с угловыми швами, выполненными за ... Такой характер напряжений объясняется сопротивлением основного металла усадке зоны сварного соединения как в продольном направлении, так и по толщине, а также неравномерностью рас пределения температур при сварке ... Таким образом, рассмотрение остаточных напряжений в основных видах сварных соединений показывает, что максимальные растягивающие напряжения, как правило, близки к пределу текучести ... При сложении остаточных напряжений с рабочими часто возникают небольшие пластические деформации, которые в подавляющем большинстве случаев не влияют на прочность ... Деформации и перемещения в зоне сварных соединений Сварка вызывает искажение размеров и формы элементов сварных конструкций, их укорочение, изгиб, потерю устойчивости, закручивание ... В действительности к торцам сваренной пластины никаких сил не приложено, поэтому уравновесим силы р равными им по значению и противоположными по направлению ... Собственные напряжения в разных точках по ширине могут быть определены по общему правилу вычисления напряжений в пластине, имеющей остаточные пластические деформации укорочения еплост ... При нагреве или проплавлении целой пластины движущимся источником теплоты в ней помимо продольных собственных деформаций возникают и поперечные собственные деформации е которые обычно создают речные пластические деформации еу ... После максимального сближения в точке О кромки на стадии охлаждения отходят в обратном направлении, пока металл находится в жидком состоянии или имеет низкий предел текучести ... Неравномерные по толщине или неравномерные по сечению многослойного шва поперечные пластические деформации ЕУп ост вызывают поворот одной части пластины относительно другой на угол р ... Вследствие расширения при нагреве значительная зона вблизи кромки оболочки удлиняется в направлений окружности, возникают радиальные перемещения свариваемых кромок ... Так как ширина зоны пластических деформаций при резке невелика, то с небольшой погрешностью, увеличивающей изгиб, силу прикладывают к кромке посередине толщины листа ... Если резка всех полос производится сразу с помощью многорезакового автомата, то искривляются после резки лишь крайние полосы, так как у них только одна кромка подвергалась нагреву при резке ... Изменения зазора при электрошлаковой сварке могут привести к нарушению режима сварки, так как при этом меняются скорость сварки и соотношение между основным и присадочным материалом при формировании шва ... Перемещения конструкций балочного типа К конструкциям балочного типа относятся собственно балки, колонны и рамные конструкции, состоящие из отдельных балок ... Характерными особенностями сварных конструкций балочного типа являются их относительно большая длина по сравнению с высотой и шириной, поясные швы вдоль всей длины, наличие поперечных швов, прикрепляющих ребра, диафрагмы ... Если балка состоит из нескольких продольных элементов, которые вначале собирают на прихватках, а затем сваривают, то при вычислении укорочений и прогибов прихваточные швы считают достаточно прочными и жесткими, чтобы обеспечить совместную работу всех элементов ... Поперечные швы, расположенные перпендикулярно продольной оси балки, вызывают укорочение балки, а если они расположены не в центре тяжести ее поперечного сечения, то и ее изгиб ... Для рамных конструкций специфическим искажением формы является так называемая пропеллерность, при которой противо положные углы выступают из плоскости рамы в разных направлениях ... При выполнении продольных швов оболочек заметные временные, перемещения возникают при электрошлаковой сварке, в особенности при сварке одновременно двух швов на о ... Листовые элементы, теряющие устойчивость в сварных конструкциях рассматриваем как прямоугольную пластину, заделанную по всем четырем сторонам, с напряжениями сжатия вдоль пластины ... Примеры механической обработки деталей, сопровождающейся их деформацией В процессе эксплуатации изменение размеров происходит под влиянием дополнительного силового воздействия на сварную деталь ... Вибрация может вызывать некоторое понижение предела текучести металла и усиливать искажение размеров по сравнению со статическими нагрузками при равном уровне приложенных сил ... Характерные случаи вредного влияния сварочных напряжений, деформаций и перемещений Очень часто служебные свойства и работоспособность сварных конструкций практически не зависят от собственных сварочных напряжений и деформаций ... Объясняется это тем, что остаточные напряжения взаимно уравновешены, и если произошла пластическая деформация, в результате которой они понизились, то собственные напряжения самопроизвольно не восстанавливаются ... Поэтому при высоких рабочих напряжениях и высокой концентрации напряжений на первых же циклах нагрузки возникают пластические деформации от суммы рабочих и остаточных напряжений ... Степень влияния зависит от свойств металла, его деформационной способности, уровня концентрации напряжений, предварительной пластической деформации металла ... Если металл при рассматриваемой температуре мало чувствителен к концентрации напряжений и не испытал большой предварительной пластической деформации, то остаточные растягивающие напряжения не влияют на статическую прочность ... Исключение составляют случаи, когда в процессе сварки возникают очень большие пластические деформации, например в корне многослойного шва значительной толщины ... Стали невысокой прочности, находясь в области температур хрупкого или полухрупкого состояния, особенно если они испытали в процессе сварки деформационное старение, становятся крайне чувствительными к растягивающим остаточным напряжениям ... В этом случае, несмотря на высокий уровень отдельных компонентов напряжений, пластическая деформация не будет возникать вследствие малой интенсивности напряжений ... При сварке нахлесточных соединений возникшие ранее остаточные перемещения не позволяют деталям плотно прилегать друг к другу и сварка углового шва ведется в этом случае по зазору, что приводит к затеканию металла в зазор ... Перемещения элементов при сварке затрудняют последующий процесс сборки деталей между собой, а иногда делают ее невозможной без проведения дополнительной правки ... Если тонкостенные оболочки имеют кольцевые швы, выполненные вблизи края, то это приводит к местному изменению диаметра и при последующей сборке таких оболочек друг с другом возникает ступенька, что обычно недопустимо ... Компенсация возникающих деформаций и перемещений путем симметричного расположения швов, создания дополнительных зон пластических деформаций, предварительного перемещения, обеспечения свободной усадки и др ... Основное достоинство отпуска как метода снижения остаточных напряжений в том, что он не вызывает пластических деформаций, которые бы уменьшали пластичность металла ... Во всех случаях, когда есть опасение, что возникнут нежелательные искажения размеров и формы конструкции, проектирование ведут так, чтобы обеспечить возможность последующей правки ... Например, конструкцию расчленяют на отдельные узлы, которые могут быть по отдельности легко выправлены, а затем сварены между собой с минимальными отклонениями ... Они особенно эффективны для ликвидации временных перемещений, которые значительны по размеру, но не сопровождаются большими усадочными силами, например прижатие тонких листов при сварке стыковых соединений, закрепление ребер и диафрагм при выполнении угловых швов, удержание листа в плоскости при контактной точечной и шобной сварке, фиксация элементов рамы при сварке ее в углах и пересечениях ... Экспериментально и расчетным путем показано, что для каждого металла при заданных размерах роликов и толщине металла в зоне прокатки существует определенное усилие на ролики Р ... Необходимо стремиться к кратковременному и концентрированному нагреву, чтобы соседние зоны оставались ненагретыми и сопротивлялись расширению нагретого металла, вызывая в нем усадку ... Термическая правка путем общего нагрева детали при отпуске без использования приспособлений невозможна, так как напряжения снижаются как в зонах растяжения, так и в зонах сжатия ... Если детали с помощью жесткого приспособления придать нужную форму, а затем поместить ее вместе с приспособлением в печь, то будет происходить релаксация напряжений до низкого уровня ... Механические испытания металлов при высоких температурах показывают, что пластичность металла б в некотором интервале между температурами солидуса Тс и ликвидуса Тл очень мала ... Образование трещин зависит главным образом от состава металла шва и основного магалла, формы и размеров свариваемого узла конструкции, режимов и условий сварки ... В начале развития исследований технологической прочности пригодность металлов и принятой технологии для производства сварных конструкций определяли путем пробы — сварки специально подобранного образца или серии образцов ... Одним из совершенных методов количественной оценки сопротивляемости сварных соединений образованию горячих трещин является метод испытания, в котором предусматривается растяжение с различными скоростями затвердевающего металла шва с целью Оопределения критической скорости ... Найденные значения величин являются показателем уровня возникающих в сварных соединениях темпов собственных деформаций при сварке и признаком степени совершенства конструктивных решений и принятой технологии сварки ... Если трещины появляются при сварке электродами с высоким окр, то это означает, что в данном узле при сварке развиваются большие деформации удлинения, способные вызвать горячие трещины ... Если трещины не образуются даже при сварке низкокачественными электродными материалами с низким показателем икр, то это свидетельствует о том, что данный конструктивный узел слабо подвержен образованию в нем горячих трещин ... Холодные трещины Наиболее часто холодные трещины возникают в легированных сталях в тех случаях, когда металл под действием термического цикла сварки претерпевает полную или частичную закалку ... Наименьшая сопротивляемость возникновению холодных трещин обнаруживается непосредственно после сварки, а затем прочность постепенно растет и явления замедленного разрушения сильно ослабевают спустя некоторое время ... Для оценки свойств основного металла и его реакции на термический цикл сварки применяют малые образцы, прошедшие нагрев и охлаждение по циклу, близкому к сварочному ... Существуют разновидности такого испытания основного металла, отличающиеся максимальной температурой нагрева и последовательностью ступенчатого приложения нагрузки при различных температурах остывания для имитации действия сварочных напряжений ... Размеры их должны быть такими, чтобы при сварке воспроизводились термические, деформационные и металлургические процессы, характерные для условий сварки элементов конструкций ... При консольном изгибе стыкового образца плечо изгиба Ьх расположено перпендикулярно продольной оси шва, чтобы по всей длине шва были одинаковые изгибающие напряжения ... Размеры их должны быть такими, чтобы при сварке воспроизводились термические, деформационные и металлургические процессы, характерные для условий сварки элементов конструкций ... Так, для стыковых соединений листов принимают меры по уменьшению поперечных деформаций удлинения, создавая закрепление на начальном и конечном участках шва ... Необходимо иметь в виду, что при пересечении швом участков, в которых есть растягивающие напряжения, могут возникнуть повышенные деформации удлинения, например при пересечении шва с неснятыми сварочными напряжениями или при переварке прихватки, в которой возникли большие растягивающие усилия в процессе сварки ... Следует избегать также концентраторов в зоне кристаллизующегося металла, например стыковых швов с непроваром, замковых соединений, сварки на остающейся подкладке ... Для борьбы с холодными трещинами кроме рационального выбора основного металла и присадочных материалов существенное значение имеет регулирование термического цикла в процессе сварки, а также послесвароч ... Предварительная термическая обработка — отжиг для укрупнения карбидов, изотермическая закалка с высоким отпуском и термомеханическая обработка — также повышает сопротивляемость сталей образованию холодных трещин ... Помимо перечисленных, так называемых внешних факторов, существует большое число факторов, отражающих реакцию материала на возникшие состояния и протекающие процессы, т ... сть изделия, под которой обычно понимают установленную в результате эксплуатации или испытания при конкретных свойствах материала, значении и характере действия нагрузок, температуре, среде, а также технологии изготовления способность конструкции сопротивляться наступлению тех предельных состояний, от которых зависят ее служебные свойства ... Расчетная прочность — это установленная в результате расчета путем использования экспериментальных характеристик материала и аппарата теории способность конструкции сопротивляться наступлению тех предельных состояний, от которых зависят ее служебные свойства ... Вследствие высоких напряжений стэ и крайней чувствительности этих материалов к концентраторам размеры допустимых концентраторов близки к разрешающей способности физических методов контроля ... Частота появления дефектов, хотя и сократилась вследствие улучшения технологии, все же осталась на уровне, крайне осложняющем надежную безаварийную эксплуатацию конструкции ... Широкое освоение районов Севера, Сибири и Дальнего Востока сопровождалось массовым применением техники, которая до этого зарекомендовала себя как вполне надежная в районах с умеренно низкими температурами ... Большинство машин, как известно, изготовляется из дешевых конструкционных сталей, которые весьма хорошо работают при температурах, обеспечивающих их вязкое состояние, но имеют порог хладноломкости, ниже которого они крайне чувствительны к концентрации напряжений и способны хрупко разрушаться ... Это обстоятельство не было учтено не только эксплуатационниками, но на первых порах и конструкторами, которые допускали использование в машинах северного исполнения слабохладостойких сталей, что привело ко многим случаям разрушений ... Третьей существенной причиной, порождающей несовпадение расчетной и конструкционной прочности, является неправильный выбор предельных состояний и критериев для оценки прочности конструкций ... Широко распространенным примером неправильного выбора предельного состояния является расчет сварной конструкции по предельному состоянию наступления текучести, в то время как она должна быть рассчитана на выносливость по предельному состоянию разрушения от усталости или на сопротивляемость разрушению при низких температурах из ... |
Физико-химические процессы при пайке
Сварка, резка, пайка металлов
Сварка и резка металлов
Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций
Триботехника (износ и безызносность)
Справочник по сварке цветных металлов
Немецко-русский словарь по сварке