Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 [ 22 ] 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 151 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170

4.2. Влияние термодеформационных процессов на качество сварных конструкций

4.2.1. Изменение размеров разделки кромок при сварке

Перемещения кромок свариваемых деталей в направлении поперек шва происходят за счет местного расширения металла вблизи сварочного источника и поперечной усадки уже заваренного и остывающего участка шва. В случае электрошлаковой сварки, когда поперечная усадка составляет несколько миллиметров, а шов до нескольких метров длины, перемещения кромок могут привести к прекращению процесса сварки либо за счет увеличения зазора и вытекания сварочной ванны, либо за счет полного закрывания зазора и невозможности подачи присадочной проволоки. В тех случаях, когда не происходит полной остановки сварочного процесса, возможно существенное изменение качества сварки, так как при изменении сварочного зазора изменяются состав и свойства шва за счет изменения долей основного и присадочного металла в сварочной ванне. При дуговой сварке возможно также появление непроваров и натеков металла в корне шва. Продольная усадка часто вызывает искривление свариваемых пластин в плоскости (серповидность) и потерю устойчивости. При этом взаимные перемещения кромок в плоскости свариваемых пластин и в направлении толщины суммируются с погрешностями формы свариваемых кромок и погрешностями при сборке и могут приводить к невозможности сварки и снижению качества сварного шва. Значительные перемещения кромок в направлении толщины пластин наблюдаются при сварке тонколистовых конструкций малой жесткости.

Рис 4 8 Искажение формы балок при наложении продольных и поперечных швов

4.2.2. Изменение формы и размеров конструкции

Искажения, вызванные наложением сварных швов, ухудшают внешний вид, а иногда и снижают работоспособность конструкции. В листовых конструкциях причиной перемещений являются угловые деформации и потеря устойчивости при продольной усадке. Балки от наложения продольных и поперечных швов испытывают укорочение, изгиб и закручивание (рис. 4.8). Оценить величину перемещений можно с помощью методов, приведенных в 4.3.1.4.

4.2.3. Остаточные напряжения

Остаточные растягивающие напряжения создают в металле запас энергии, который может способствовать разрушению металла. Они также способствуют ускорению коррозионных процессов. Связанные с ними пластические деформации приводят к уменьшению пластичности соединения. Складываясь с рабочими напряжениями, остаточные напряжения ухудшают работоспособность конструкции: сжатые элементы могут потерять устойчивость; в элементах, работающих при переменных нагрузках, снижается предел выносливости; в элементах, работающих на изгиб, уменьшается жесткость сечения за счет перехода части сечения в пластическое состояние. Остаточные напряжения существенно влияют на точность и стабильность размеров сварных деталей. При механической обработке за счет перераспределения остаточных напряжений происходит изменение формы и размеров детали. Под действием остаточных напряжений возникают деформации ползучести, особенно при повышенных температурах. При первом приложении рабочей нагрузки рабочие напряжения, складываясь с остаточными, могут в отдельных местах превысить предел текучести и вы-. звать пластические деформации. Происходящие под действием остаточных напряжений деформации обычно не превышают долей процента.

4.3. Определение сварочных деформаций, напряжений и перемещений

4.3.1. Расчетные методы

4.3.1.1. Основые этапы расчета. Расчет сварочных деформаций и напряжений состоит из определения:

1) температурных полей при сварке;

2) свободных температурных деформаций и деформаций от структурных превращений, механических свойств материала, зависящих от температуры;

3) собственных деформаций, напряжений и перемещений. Для проведения расчета необходимы следующие исходные

данные:

1. Характеристики сварочного источника нагрева, условия теплоотвода и теплофизические свойства материалов (коэффициенты теплоемкости ср, теплопроводности К, теплоотдачи с поверхности От). Справочные данные и методы расчета температурных полей приведены в главе 2.

2. Дилатометрические характеристики материалов, образующих сварное соединение. В случае сварки разнородных материалов или применения присадочного материала, отличаю-

щегося от основного, эти характеристики для разных зон соединения могут не совпадать. Примеры дилатограмм показаны на рис. 4.9.

Для приближенных расчетов может быть использована усредненная дилатограмма, соответствующая уравнению прямой Лба =аА7.

Значения коэффициентов линейного расширения а для различных материалов приведены в табл. 4.1. В таблице указаны также интервалы изменения температуры Т, для которых определены средние значения а. Более точное определение дилатограммы требует проведения испытаний в условиях, близких к реальному сварочному циклу.

3. Для расчета деформаций и напряжений в низкотемпературной зоне, где не возникают пластическая деформация, механические свойства материала могут быть представлены друмя модулями упругости - при всестороннем нагру-жении К и при сдвиге G. Как видно из рис. 4.10, модуль G существенно снижается с ростом температуры. Значения G и /С при комнатной температуре для ряда металлов приведены в табл. 4.1. Для учета пластических деформаций необходимы также данные о пределе текучести материала От. Как показано на рис. 4.11, От еще существеннее убывает с ростом температуры, чем G (рис. 4.11). В упрощенных методах

ТАБЛИЦА 4.1

МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕТАЛЛОВ ПРИ Г = 293 К [1.3]

Рис. 4.9. Характерные дилатограммы сталей: А - материал без структурных превращений (аустенитная сталь); П, М - материалы со структурными лревращеинями: П - перлитная сталь, М - мартеиситиая сталь