АкушерствоАнатомияАнестезиологияВакцинопрофилактикаВалеологияВетеринарияГигиенаЗаболеванияИммунологияКардиологияНеврологияНефрологияОнкологияОториноларингологияОфтальмологияПаразитологияПедиатрияПервая помощьПсихиатрияПульмонологияРеанимацияРевматологияСтоматологияТерапияТоксикологияТравматологияУрологияФармакологияФармацевтикаФизиотерапияФтизиатрияХирургияЭндокринологияЭпидемиология

Остаточные напряжения после сварки и термообработки

Прочитайте:
  1. D.S. По 1 таблетке 2 раза в день после еды.
  2. Flх.1 Употребление с вредными последствиями
  3. I. Помешательство после повреждения мозга
  4. II. Кашель после бронхита
  5. III. После этого раненую конечность лучше всего зафиксировать, например, подвесив на косынке или при помощи шин, что является третьим принципом оказания помощи при ранениях.
  6. M.D.S. По 15 капель 2 раза в день после еды
  7. V. Контрацепция после аборта.
  8. V. Мероприятия после ликвидации очага холеры
  9. VIII. Оказание медицинской помощи при проведении восстановительных мероприятий после интенсивных физических нагрузок в спорте, после перенесенных заболеваний и травм у спортсменов
  10. VIII. Реактивная гипогликемия (гипогликемия после еды)

В предыдущем параграфе были рассмотрены две основные схемы образования остаточных напряжений. В действительных технологических процессах явления протекают значительно сложнее, так как одновременно действуют механические, тепловые и физико-хими­ческие факторы.

Вопросу определения остаточных напряжений после основных
технологических процессов (литья, сварки, термической и меха­нической обработки) посвящено большое количество исследований.

Перейдем к рассмотрению остаточных на­пряжений после сварки.

Основными процессами, ответственными за появление остаточных напряжений при сварке, являются процесс интенсивного разогрева до рас -плавления и последующее остывание материала. Механизм возникновения остаточных напря­жений можно выяснить на примере простейшей схемы, когда суммарная деформация материала полностью стеснена.

Из условия отсутствия суммарной деформации следует, что обычная деформация материала

. (4.18)

На рис.4.11 указан графический метод определения остаточ­ных напряжении в сварном шве при полном стеснении дефор­мации.

В основе расчета лежат кривые деформирования при различных
температурах. Для малоуглеродистых сталей при температуре
600˚С предел текучести составляет , а при температуре больше 700°С сопротивлением деформации можно пре­небречь.

Температурная деформация при нагреве до 700°С составляет приблизительно

,

где - коэффициент линейного расширения.

Деформация материала, соответствующая достижению предела текучести (при нормальной температуре),

.

 

Рис.4.11. Образование остаточных напряжений в процессе сварки (при полном стеснении деформации)

 

При стеснении общей деформации температурное напряжение, равное пределу текучести, достигается уже при нагреве приблизи­тельно па 100°С.

При на нагреве материала (между двумя абсолютно жесткими неподвижными плоскостями) в нем возникают сжимающие темпера­турные напряжения (кривая ОА1А2А3А4).

При увеличении температуры свыше 300°С температурные на­пряжения уменьшаются uз-за уменьшения сопротивления материала пластическим деформациям.

Нагрев от 700°С до температуры плавления малоуглеродистых сталей (~ 1500° С) происходит при очень малых температурных напряжениях.

При охлаждении рост напряжении в материале начинается при температурах меньше 700°С (кривая В1В2В3В4). Напряжения оказываются растягивающими и увеличиваются по мере увеличения предела текучести и модуля упругости материала.

После охлаждения, когда температурная деформация исчезает, в конструкции остаются остаточные напряжения.

Как видно на рис.4.11 остаточные напряжения являются растягивающими и достигают предела текучести материала.

В реальных условиях стеснение деформации происходит в основ­ном в направлении длины шва (рис.4.12). Поэтому растягивающие остаточные напряжения, близкие к пределу текучести, действуют именно в этом направлении.

Рис.4.12. Направление действия основных остаточных напряжений в сварочном шве

 

В поперечном направлении оста­точные напряжения обычно в 3-4 раза меньше, чем в продольном.

Для определения напряжений в полосе при наварки валика исполь­зуется обычная теория стержней, основанная на гипотезе плоских сече­ний, причем вычисляются напряже­ния, возникающие в стержне (полосе) вследствие сильного неравномерного нагрева при сварке.

Следует иметь в виду, что подробный расчет является условным, так как предполагает одновременный нагрев кромки но всей длине. Температурные напряжения в полосе с учетом переменного модуля упругости могут быть вычислены но следующей формуле

, (4.19)

где - температурная деформация в слое z.

В рассматриваемом случае распределение температуры можно считать таким, как показано на рис.4.13. Принимая для простоты величину Е постоянной, получим из равенства (4.19)

, (4.20)

где - температура слоев материала возле наваренной кромки.

Температурное напряжение при

.

В середине полосы z=0

.

Распределение температурных напряжений показано на рис.4.13. В общем случае формула (4.19) позволяет вычислить температурные напряжения при произвольном распределении температуры и модуля упругости, причем интегралы находятся численным методом по правилу трапе­ций. Для расчета в области пластических деформаций используется метод переменных параметров упругости.

 

Рис.4.13. Напряжения в полосе при наварке валика и остаточные напряжения

 

Так как в процессе нагрева возникают пластические деформации, то после охлаждения в полосе остаются остаточные напряжения. Пример­ное распределение остаточных напряжении показано на рис.4.13.

Остаточные напряжения в полке сварного двутавра приведены на рис.4.14. Остаточные напряжения вызывают коробление конструкции после сварки.

Рис.4.14. Остаточные напряжения в полке сварного двутавра

 

Если площадь сечения валика принять равной , то можно считать, что деформация полосы вызывается изгибающим моментом

. (4.21)

Рис.17. Коробление полосы после наварка валика

 

На рис.4.15 дано изменение относительной длины (линейная де­формация) в процессе охлаждения при закалке. Образование мар­тенсита при быстром охлаждении (кривая 2) приводит к увеличению общей деформации даже при уменьшении температуры детали.

 

Рис.4.15. Литейная деформация в процесс закалки:

1 – охлаждение в печи; 2 – охлаждение в воде; 3 – охлаждение в масле

 

При расчете остаточных напряжений после закалки (и временных напряжений в процессе самой закалки) следует учитывать суммарную деформацию при температурном сжатии в структурных превращениях. Эта деформация достигает значительной величины и при неоднородном -распределении вызывает пластическую деформацию. Широкий интервал изменения температуры (охлаждение ≈900˚) приводит к необходимости учета изменения механических свойств в процессе охлаждения.

Следует отметить, что сочетание закономерностей изменения объемной деформации и механических свойств может вызывать (в данной точке детали) неоднократное чередование процессов нагружения и разгружения, что, естественно, затрудняет теоретический анализ.

Однако в некоторых случаях (например, в случае осесимметричного состояния в длинном цилиндре) такой анализ может быть проведен.

На рис.4.16 даны остаточные напряжения в цилиндре диаметром 50 мм из среднеуглеродистой стали при закалке с 850˚С и охлаждении в воде.

 

Рис.4.16. Остаточные напряжения после закалки:

1 – радиальные; 2 – округлые (сплошными линиями показаны расчетные значения остаточных напряжений, пунктирными линиями – экспериментально определенные)

 

В некоторых случаях проводится специальная термическая об­работка для создания благоприятных остаточных напряжений в поверхностных слоях детали. Она заключается в нагреве до невы­сокой температуры (300-600°С) с последующим быстрым охлажде­нием. В процессе охлаждения в поверхностных слоях возникает пластическая деформация растяжения, и после выравнивания тем­пературного поля появляются остаточные напряжения сжатия. Исследованию вопроса посвящены работы.

При закалке т.в.ч. в поверхностных слоях обычно получаются сжимающие остаточные напряжения, что повышает прочность де­тали при действии переменных напряжений.

Следует отметить, что на границе закаленного слоя (например возле галтелей) наблюдается понижение прочности.

 


Дата добавления: 2015-01-18 | Просмотры: 991 | Нарушение авторских прав



1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |



При использовании материала ссылка на сайт medlec.org обязательна! (0.006 сек.)