Заглавная страница Избранные статьи Случайная статья Познавательные статьи Новые добавления Обратная связь КАТЕГОРИИ: АрхеологияБиология Генетика География Информатика История Логика Маркетинг Математика Менеджмент Механика Педагогика Религия Социология Технологии Физика Философия Финансы Химия Экология ТОП 10 на сайте Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрацииТехника нижней прямой подачи мяча. Франко-прусская война (причины и последствия) Организация работы процедурного кабинета Смысловое и механическое запоминание, их место и роль в усвоении знаний Коммуникативные барьеры и пути их преодоления Обработка изделий медицинского назначения многократного применения Образцы текста публицистического стиля Четыре типа изменения баланса Задачи с ответами для Всероссийской олимпиады по праву Мы поможем в написании ваших работ! ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?
Влияние общества на человека
Приготовление дезинфицирующих растворов различной концентрации Практические работы по географии для 6 класса Организация работы процедурного кабинета Изменения в неживой природе осенью Уборка процедурного кабинета Сольфеджио. Все правила по сольфеджио Балочные системы. Определение реакций опор и моментов защемления |
Деформации конструкции от сварки
Деформация механическая – изменение взаимного расположения частей тела, которое приводит к изменению формы и размеров тела и вызывает возникновение напряжений. Деформация называется упругой, если она исчезает после снятия нагрузки, и пластической если она после снятия нагрузки не исчезает. Простейшим видом деформации является относительное удлинение или укорочение как отношение изменения длины тела к первоначальной длине: ε = (L 1 – L 0) / L 0, (5.2) где ε – величина безразмерная. Различают следующие виды деформаций: а) температурные деформации εα = а∙∆Т, где а – коэффициент температурного удлинения, 1/0С; ∆Т – изменение температуры тела, 0С; б) наблюдаемые деформации εН – характеризующие изменение размеров тела. Перемещения при сварке. Наблюдаемые деформации вызывают перемещения отдельных точек сварной конструкции. Перемещения элементов сварных конструкций обычно характеризуют: - прогибами - f, - углами поворота - β, - укорочениями продольными - ∆пр, - укорочениями поперечными - ∆поп, - величинами выхода точек из плоскости – ω. Многообразные виды перемещений сварных конструкций порождаются относительно небольшим числом видов деформаций и перемещений, возникающих в зоне сварных соединений. Деформации и перемещения в зоне сварных соединений зависят от количества теплоты, вводимого при сварке, распределения температур, свойств свариваемого металла. Один из наиболее простых расчетных приемов определения перемещений сварных конструкций состоит в выделении двух самостоятельных этапов расчета. На первом находят деформации и перемещения в зоне сварных соединений эту часть называют термомеханической частью задачи, а на втором этапе - методами сопротивления материалов или теории упругости определяют перемещения в конструкции, используя результаты, полученные на первом этапе. Эту часть называют деформационной частью задачи. Различают пять основных видов деформаций и перемещений в зоне сварных соединений. 5.4.1. Продольные остаточные пластические деформации, создающие так называемую усадочную силу Ру.
Интеграл от распределенной нагрузки, вызванной продольной остаточной пластической деформацией, взятый в пределах зоны пластических деформаций 2 b п (рис.5.5), дает некоторую силу, которая называется фиктивной усадочной силой Рус. Рус вызовет по всей ширине свариваемых пластин сжатие σсж = Рус / (2В· S) и сформирует совместно с внутренними напряжениями, которые образовались в пределах зоны 2 bn при растяжении полосок, эпюру остаточных собственных напряжений σ x, которые были в пластине до ее разрезки на полосы (для экспериментального определения остаточных напряжений). Укорочение пластины от силы Рус выражается величиной . (5.3) Приближенно усадочная сила (в кГс) в этом случае вычисляется для низкоуглеродистых и низколегированных сталей по формуле: Рус [кГс] = - 1,7 , (5.4) где q / v св — погонная энергия сварки, дж/см; q — эффективная мощность источника тепла, дж/сек; V св —скорость сварки, см/сек. В действительности усадочные силы меньше вычисляемых по формуле (5.4) примерно до 30%. Это связано с тем, что жесткость реальных сварных конструкций меньше чем абсолютно жесткое тело. Рис.5.5. Сварная пластина с остаточными пластическими деформациями εпл.ост после разрезки на продольные полоски: а – схема резки на полосы для определения остаточных напряжений; б – эпюра распределения пластических деформаций
Для приближенного определения усадочной силы в алюминиевом сплаве АМг6 можно использовать формулы: в стыковых соединениях Рус = - (1,4-1,5) q / V св; (5.5) в тавровых соединениях при одном угловом шве Рус = - (1,6-1,7) q / V св. (5.6) Погонную энергию q / V св при сварке углового шва, если режим сварки еще не известен, можно приближенно определить в зависимости от катета шва: q / V св = 40000· К2 - при ручной дуговой сварке углеродистых и низко-легированных сталей;
q / V св = 30000· К2 - при автоматической дуговой сварке углеродистых и низко-легированных сталей.
5.4.2. Равномерные по толщине поперечные остаточные пластические деформации, сумма которых дает поперечную усадку ∆поп При нагреве или проплавлении целой пластины движущимся источником теплоты в ней помимо продольных собственных деформаций возникают и поперечные собственные деформации ε у, которые обычно создают поперечные пластические деформации ε у пл.ост. Металл от нагрева расширяется — в нем возникают напряжения сжатия. Наиболее низкие значения σт наблюдаются в области высокого нагрева, где и образуются пластические деформации. На рис. 5.6, б показан примерный характер распределения ε у пл.ост по ширине пластины. Если точку О по оси шва (рис. 5.6, а) принять как неподвижную, то можно определить перемещения v точек А, В, D в направлении к оси шва как интеграл ∫ ε у пл.ост dy (рис. 5.6, б), где верхний предел интегрирования принимает значения уА, уВ, у D. Точки В и D одинаково смещаются к оси шва, так как зона поперечных пластических деформаций ограничена размерами — by п и + by п, а точки В и D находятся за ее пределами. Ширина пластины сокращается на размер: , (5.7) В зависимости от условий и способа сварки ∆поп имеет разные значения: (5.8)
где q - мощность, вводимая в обе кромки; V св - скорость сварки; s - толщина листа; α - коэффициент линейного расширения; сγ - объемная теплоемкость; А - эмпирический коэффициент. При электрошлаковой сварке А = 1,6; при электродуговой сварке с полным проплавлением А = 1,0 - 1,2. Рис.5.6. Распределение εyпл. ост и перемещение V в пластине: а - схема размещения точек оценки поперечных перемещений; б – эпюра ε у пл.ост; в – эпюра перемещений V в направленииоси О Y
Абсолютное значение ∆поп изменяется в широких пределах в зависимости от вводимой при сварке энергии. При дуговой однопроходной сварке стыкового соединения металлов толщиной до 3-5 мм ∆поп составляет обычно десятые доли миллиметра, до 5-20 мм ∆поп = 0,5-1,5 мм, при ЭШС ∆поп = 3-8 мм и более. 5.4.3. Неравномерные по толщине поперечные пластические деформации, образующие угловое перемещение β в зоне сварного соединения Неравномерные по толщине или неравномерные по сечению многослойного шва поперечные пластические деформации εу пл.ост вызывают поворот одной части пластины относительно другой на угол β (рис. 5.7). При проплавлении целой пластины или выполнении углового шва угол β зависит от отношения H / s глубины провара к толщине пластины, формы провара и его ширины. Рис. 5.7. Угловое перемещение при сварке стыковых (а, б), нахлесточных (в), тавровых (г — е) соединений Характер зависимости β (H/s) показан на рис. 5.8. При малой глубине провара непроваренная часть сопротивляется усадке проваренной части. При большой глубине провара эпюра εу пл.ост достаточно равномерна по толщине. В обоих случаях угол β мал. Однако и при полном проваре часто возникает угол поворота β (пунктирная линия на схеме, рис. 5.8).
При тавровом двустороннем сварном соединении (рис. 5.7 е) угол β определяется суммой углов β1 от неравномерной усадки листа S п при сварке шва 1, β2 от неравномерной усадки шва 2 и β m от усадки собственно шва 2 в направлении его гипотенузы. Угол βm мал по сравнению с примерно одинаковыми β1 и β2. Поэтому угол β∑ ≈2β1. При К ≤0,5 Sп (рис.5.7 е) угол β∑ в радианах для сталей можно приближенно вычислить по формуле β∑ = 0,1 (К/Sп - 0,1) рад, (5.9) где Sп - толщина полки.
Рис. 5.8. Характер зависимости β от Н/ s
5.4.4. Перемещения в зоне шва в направлении перпендикуляра к поверхности свариваемых листов w, которые образуют смещение ∆ z Перемещения w возникают чаще всего при сварке металла небольшой толщины. Нагрев металла, сопровождающий сварку, вызывает его расширение и образование временных напряжений сжатия. В тонком (до 1 мм) металле может возникнуть потеря устойчивости — одна кромка смещается относительно другой, и это положение фиксируется швом. Возникает смещение ∆ z. Неравномерный нагрев по толщине вызывает изгиб листа в процессе сварки. Если один лист по этой причине перемещается, а другой — нет, то также возникает смещение ∆ z. Наиболее закономерный характер имеют перемещения w при сварке кольцевых швов оболочек. Вследствие расширения при нагреве значительная зона вблизи кромки оболочки удлиняется в направлении окружности, возникают радиальные перемещения свариваемых кромок. Радиальные перемещения кромок w будут разные, если оболочки имеют разную жесткость, как показано на рис. 5.9 а, когда одна из оболочек представляет собой часть шпангоута, а другая не имеет дополнительных жесткостей. Эти перемещения по длине развертки части периметра показаны кривыми 1 и 2. Они регистрировались на расстоянии 6 мм от свариваемых кромок. Шов зафиксировал относительное перемещение кромок, и на рис. 5.9 б показано их положение после полного остывания. Возникло смещение ∆ z, которое снижает прочность и устойчивость оболочек. Перемещения w могут быть вычислены, но обычно их определяют экспериментально. Рис. 5.9. Перемещения в зоне кольцевого шва цилиндрической оболочки (s = 6 мм) из алюминиевого сплава
5.4.5. Сдвиговые деформации γх-у, которые образуют в сварном соединении смещение ∆ x
При сварке в зоне нагрева точки свариваемых пластин перемещаются в направлении оси х. Впереди источника нагрева они движутся в одном направлении с ним, а позади него — в противоположном. Максимальные перемещения и различны — наибольшие у кромок, они убывают с увеличением координаты у. Возникают сдвиговые упругие и пластические деформации. При прочих равных условиях и≈(α / cγ)(q /(Vc ∙ S), т. е. зависит от удельной погонной энергии, вводимой в каждую из свариваемых пластин. В практическом отношении интерес представляет то обстоятельство, что при одинаковых температурных полях максимальное перемещение uk края пластины, наблюдаемое примерно в точке положения источника, в 1,5 раза больше, чем максимальное перемещение uc середины пластины (рис. 5.10). Такое явление обычно наблюдается при сварке нахлесточных или тавровых соединений. Разница в перемещениях Uc и Uk может оказаться еще больше, если в привариваемый лист вводится теплоты больше, чем в полку. Разница в перемещениях ∆ x = Uk — Uc зафиксируется швом и сохранится как остаточная. Привариваемое ребро или нахлестка переместятся после полного остывания в направлении сварки. Значение ∆ x при нормальном ведении сварки металла толщиной 5—10 мм составляет несколько десятых долей миллиметра, но может быть и более миллиметра при сильном разогреве привариваемого элемента. При контактной точечной или шовной сварке нахлесточных соединений также могут возникать смещения ∆ x в результате сдвига электродов относительно друг друга или сильного сопротивления вращению одного из роликов. Рис. 5.10. Перемещения U впереди источника теплоты при его движении по середине пластины (а) или краю (б) Рассмотренные выше деформации и перемещения в зоне сварных соединений, особенно Рус и ∆поп, будут в дальнейшем неоднократно использованы для описания и вычисления разнообразных искажений формы сварных конструкций при решении деформационных задач.
|
||||||||
Последнее изменение этой страницы: 2021-04-04; просмотров: 91; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы! infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 18.222.162.216 (0.025 с.) |