Способ уменьшения сварочных напряжений и деформаций

.Н,Тка НЫХ очному особам 0 О яв- наом ти- на- щие еньций воз- ивоева щие ож- усГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР РСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Ворошиловградский машинострный институт(56) Авторское свидетельство СССРМ 580965, кл. В 23 К 28/00, 1977.Авторское свидетельство СССРЬ 197804, кл, В 23 К 28/00, 1967.Авторское свидетельство СССРМ 923779, кл, В 23 К 28/00, 1982.(54) СПОСОБ УМЕНЬШЕНИЯ СВАРНАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ(57) Изобретение относится к свапроизводству, в частности к сп Изобретение относится к сварочномупроизводству, 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 вкромках детали создают пластическую деформацию укорочения путем нагрева дотемпературы потери сопротивления пластическому деформированию, а в участке, при-мыкающем к нагреваемой зоне, создаютпластическую деформацию удлинения прокаткой роликами,Недостатком известного способа является сложность реализации, поскольку необходимо и нагревать и прокатыватьроликами свариваемые детали.Известен способ уменьшения сварочных напряжений, при котором участок переуменьшения сварочных напряжении 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.Наиболее близким к предлагаемому ляется способ уменьшения сварочных пряжений и деформаций, при котор детали нагревают по границам зоны плас ческих деформаций, а между полосами грева прикладывают растягиваю усилия,Недостатком известного способа ум шения сварочных напряжений и деформа является сложность реализации и не можность использования при сварке кр линейных швов, поскольку кроме нагр необходимо прикладывать растягиваю усилия вдоль оси шва, а также невозм ность уменьшения деформаций потеритойчивости, поскольку не ограничиваетсямаксимально допустимая ширина эон нагрева, вследствие чего тонколистовой элементможет потерять устойчивость в результатеэтого нагрева даже без свгрки, если ширинааон нагрева больше критической величины.Целью изобретения являешься повышение качества сварного изделия, упрощение ирасширение области использования процесса пугем уменьшения деформаций потери устойчивости и исключения ргстягивающихусилий.На чертеке изображено расположениезон пластических деформаций в поперечном к шву сечении сварного соединения 1.Способ осуществляют следующим образом.Под действием усадочной силы в элементах конструкции возникает напряжениесжатия, Если напряжения сжатия превысяткритическую величину, то элементы конструкции теряют устойчивость. Усадочная сила пропорциональна плошади эпюрыостаточных продольных пластических деформаций укорочения. Для уменьшенияусадочной силы необходимо уменьшитьуровень остаточных пластических деформаций укорочения, т:е, необхсдимо обеспечить свободное укорочение металла зоныпластических деформаций, Чтобы выполнить это условие, достаточно временно нарушить механическую взаимосвязь междузоной пластических деформаций А и прилегающих к атой зоне участков С, сохранив приэтом физическую связь. Этого можно добить.ся, если изделие нагреть по границам зоныпластических деформаций до температурыпотери сопротивления пластическому деформированию.В результате этого зонг пластическихдеформаций получает возмокность свободно укоротить свой размер как вдоль, так ипоперек оси шва, что приведет к уменьшению продольных и поперечных остаточныхнапряжений и деформаций потери устойчивости, вызванных сваркой,Источниками тепла при нагреве могутбыть гааовое пламя, электрическая дуга,плазменная струя, а также электроконтакт.ные и индукционные источники,Поскольку оптимальным вариантом является нагрев до температуры потери сопротивления пластическому деформированиютолько границ зоны пластической деформации, вызванной сваркой, то для исключениянагрева изделия и увеличения ширины участков нагрева продольные оси симметрииучастков нарева должны совпадать с границами зоны пластической деформации,После охлаждения нагретых участков формируются две новые зоны остаточных пластических деформаций укорочения В, продольные оси симметрии которых совпа дают с границами эоны пластической деформации, вызванной сваркой,Для того, чтобы сварное изделие не потеряло устойчивость под действием нового напряженного состояния, необходимо, что бы суммарная Ширина зон пластических деформаций В не превышала критического значения.Усадочную силу Р можно определить последующей формуле: 15 . ЬпР 2 д л д ьп/(4 -- "-к, где д - толщина свариваемых элементов мм; % - предел текучести, МПа; 2 Ь - ширина зоны пластических дефор маций, мм.Реактивные напряжения сжатия можно определить по следующей формуле:Р. ггсж = -Е 25 где Р - площадь поперечного сечения соединения, см .Условие сохранения устойчивости имеет видОсж ( Укр где окр - критические напряжения,Отсюда определяем критическую ширину зоны пластических деформацийкр Тогда условие сохранения устойчивости изделия после нагрева будет иметь вид 2 В 2 ЬлИзобретение заключается в том, что иэделие нагревают по границам зоны пластических деформаций до температуры потери сопротивления пластическому деформированию, а суммарная ширина зон пластических 45 деформаций, вызванных этим нагревом, непревышает критического значения, Оно поаволяет 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 эон пластических деформаций, вызванных нагревом.5 10 15 20 30 гивающих усилий 15,14(м 0 5 П р и м е р. Эксперименты проводились на пластинах из стали Ст.3 размером 1000 х 500 х 2 мм. По две пластины сваривались встык по длинным кромкам автоматической сваркой в среде углекислого газа на следующем режиме: = 140 А; О = 22 В; Ч = 25 м/ч. Ширину зоны пластических деформаций определяли по линиям скольжения и она равна 39 мм.Критические напряжения определяли по формуле л 2О л 2Ед 2Н д Н 12(1 - Р) где К - коэффициент, зависящий от геометрических размеров;О - цилиндрическая жесткость пласти.ны; . Н - ширина пластины; д - толщина пластины; Е - модуль упругости; ив коэффициент Пуассона. Для случая шарнирного опирания продольных кромок при равенстве длины и ширины пластины коэффициент К = 4.2, , 5, 2 (Ук =4.289(МПа)100012 (1 - 0,5 )Зная критические напряжения, можно определить критическую ширину зоны пластической деформации 2 ЬР -- м) 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.З 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,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 а, и прогиба пластины В/ 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 способаможно 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 ющ и й с я тем, что, с целью повышения качества упрощения и расширения области пользования процесса путем уменьшен 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,-оев мм оставитель Л,Назарохред М,Моргентал едактор С,Лиси ректор Н,Король 354 Тираж Подписное ИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113 О 35, Москва, )К, Раушская наб 4/5 аказ 4 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101