Методы оценки остаточных сварочных напряжений и деформаций

Для оценки остаточных напряжений и деформаций существует ряд методов, которые можно разделить на 2 группы: аналитические и экспериментальные.

Аналитические методы раньше широкого распространения не получали, однако в связи с развитием компьютерной техники в последние десятилетия для расчетов всё чаще применяют специальные компьютерные программы.

Экспериментальные методы делятся на 2 вида: механические и физические.

Чаще используют механические методы, которые основаны на принципе упругой разгрузки объема металла при его освобождении от остаточных напряжений путем разгрузки. Измеряя деформации, возникающие при разгрузке, можно вычислить остаточные напряжения по формулам теории упругости. В зависимости от расположения измеряемых баз механическими методами можно определить одно-, двух- и трехосные остаточные напряжения. 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, 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, оптические и лазерные приборы.

К физическим методам относятся: рентгеновский, ультразвуковой, магнитоупругий и метод на основе регистрации твердости.

Магнитоупругий метод определения остаточных напряжений основан на зависимости магнитной проницаемости объема металла от значения действующего в данном объеме остаточного напряжения. Этот метод можно использовать лишь для металлов, обладающих магнитными свойствами. Достоверные результаты получают при измерении остаточных одноосных напряжений в основном металле сварного соединения. Применение этого метода для определения остаточных напряжений в шве и околошовной зоне может приводить к заметным погрешностям. Это объясняется тем, что магнитная проницаемость в шве и околошовной зоне после сварки изменяется по сравнению с ее значе­нием до сварки не только под действием возникших остаточных напряжений, но и вследствие изменения химического состава шва, роста зерна, изменения структуры околошовной зоны и других явлений.

Ультразвуковой метод определения сварочных остаточных напряжений основан на зависимости скорости распространения ультразвуковой волны в металлах от напряженного состояния в них. Измеряют скорости распространения ультразвука на отдельном участке металла до сварки и после сварки, и по изменению скорости судят о значении остаточного напряжения. При измерении остаточных напряжений в шве и околошовной зоне неоднородность свойств может приводить к погрешностям результатов. Положительным свойством данного метода, так же как магнитоупругого, следует считать мобильность проведения экспериментов, не требующих больших подготовительных работ.

Рентгеновские методы исследования остаточных напряжений основаны на определении расстояния между кристаллографическими плоскостями, т. е. деформации кристаллографической решетки, с помощью измерения угла отражения луча. Остаточные напряжения этим методом можно определить с невысокой точностью и только в тонком поверхностном слое. Для рентгеновских методов исследования остаточных напряжений характерны большая трудоемкость и высокая стоимость проведения эксперимента.

Метод определения остаточных напряжений на основе регистрации твердости используют при исследовании поверхностных напряжений. Разработанные физические основы метода устанавливают однозначное влияние одно- и двухосных напряжений на изменение твердости поверхностного слоя. Для участков сварного соединения, претерпевших высокотемпературную пластическую деформацию, т. е. для шва и околошовной зон данный метод приводит к погрешностям.

ОБОРУДОВАНИЕ И МАТЕРИАЛЫ

1 Сварочный пост.

2 Стальные пластины (8 штук, 40´200 мм).

3 Печь.

4 Вибростол.

5 Штангенциркуль.

6 Масштабная линейка.

МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Перед работой необходимо ознакомиться с техникой безопасности и работой оборудования. Приготовленные пластины попарно соединяются прихватками между собой. Затем поочередно одной стороной крепятся к столу при помощи струбцин (рисунок 1).

1 – прихватки; 2-струбцины

Рисунок 1 – Схема установки заготовок

Одна пара пластин после выполнения прихваток помещается в печь для предварительного подогрева до температуры 300°С.

Первая пара пластин сваривается без обработки. После сварки пластины снимаются со стола и вместо них устанавливается следующая пара, которая также закрепляется струбцинами. Сварка второй пары производится на тех же режимах сварки обратноступенчатым способом.

Третья пара пластин сваривается на вибростоле с сопутствующей вибрацией при частоте 50Гц и амплитуде 0,6-0,8 мм.

Четвертая пара (из печи) сваривается в горячем состоянии.

После остывания образцов производится замер сварочных деформаций. Схема замера сварочных деформаций показана на рисунке 2.

1 – сваренные пластины; 2 – стол; 3 – места замера деформаций

Рисунок 2 – Схема замера деформаций

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ. ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Результаты замеров сварочных деформаций для различных точек и образцов сводим в таблицы.

Таблица 1 – Значения сварочных деформаций для различных сечений, мм

Для наглядности полученных результатов необходимо построить графики сравнения величин остаточных сварочных деформаций для сечений с максимальными отклонениями при различных режимах обработки.

Отчет о работе должен содержать цель работы, краткое изложение теоретической части, схему установки, методику проведения работы, результаты работы в виде таблиц и графика, выводы.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЫПОЛНЕНИИ ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЫ

В целях предупреждения травматизма от электрического тока, брызг расплавленного металла, нагретого образца и сварочного электрода, а также от лучей электрической дуги все студенты, работающие на данной лабораторной установке, должны выполнять следующие правила:

1) при включении и выключении рубильника не касаться оголенных, неизолированных токоведущих частей;

2) включать и выключать рубильник источника тока только по указанию учебного мастера или преподавателя;

3) при зажигании дуги лицо и глаза должны быть защищены щитком или маской со специальным светофильтром для наблюдения за дугой. Руки должны быть защищены рукавицами;

4) измерения проводить только после выключения источника тока;

5) при зачистке валика необходимо защищать глаза и лицо от шлака.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1 Теория сварочных процессов: учебник для вузов по спец. «Оборудование и технология сварочн. производства» / под ред. В. В. Фролова. – М.: Высш. шк., 1988. – 559 с.

2 Шутилов В. А. Основы физики ультразвука: учеб. Пособие. – Ленинград: Издательство Ленингр. ун-та, 1980. – 280 с.

3 Николаев Г. А, Куркин С. А., Винокуров В. А. Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций. – М.: Высш. шк., 1982. – 272 с.

СОДЕРЖАНИЕ

с.

Цель работы 1

Теоретическая часть 1

Оборудование и материалы 9

Методика выполнения работы 9

Результаты работы. Оформление отчета 10

Техника безопасности при выполнении лабораторной работы 11

Список литературы 11