Основные этапы расчета сварочных деформаций, напряжений и перемещений.

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 , теплопроводности λ, теплоотдачи с поверхности σт). Справочные данные и методы расчета температурных полей.

2. Дилатометрические характеристики материалов, образующих сварное соединение. В случае сварки разнородных материалов или применения присадочного материала, отличающегося от основного, эти характеристики для разных зон соединения могут не совпадать. Примеры дилатограмм показаны на рис. 1

Для приближенных расчетов может быть использована усредненная дилатограмма, соответствующая уравнению прямой ΔΕa = aΔT.

Значения коэффициентов линейного расширения а для различных материалов приведены в табл. 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.

Схемы образования угловых перемещений
Рис. 1. Характерные дилатограммы сталей:
A - материал без структурных превращений (аустенитная сталь); П, М - материалы со структурными превращениями; П - перлитная сталь; М - мартенситная сталь

3. Для расчета деформаций и напряжений в низкотемпературной зоне, где не возникают пластическая деформация, механические свойства материала могут быть представлены двумя модулями упругости — при всестороннем нагружении К и при сдвиге G. Как видно из рис. 2, модуль G существенно снижается с ростом температуры. Значения G и К при комнатной температуре для ряда металлов приведены в табл. 1. Для учета пластических деформаций необходимы также данные о пределе текучести материала σт. Как показано на рис. 3, от еще существеннее убывает с ростом температуры, чем G (рис. 3). В упрощенных методах расчета диаграммы часто схематизируют прямой или ломаной линией. В частности, схематизированная диаграмма σт для низкоуглеродистой стали показана на рис. 3. При T > 870K принимают σт = О.

Таблица 1. Механические характеристики металлов при Т = 293 К
Металл a * 106, K-1 G * 10-5, МПа K * 10-5, МПа σт, МПа
Сталь низкоуглеродистая 12 - 16 (270K < T < 1270K) 0,8 4,6 200 - 350
Сталь низколегированная 12 - 16 (270K < T < 1270K) 0,8 4,6 300 - 1600
Сталь аустенитная 16 - 20 (270K < T < 1270K) 0,8 4,6 200 - 350
Титановые сплавы 10 - 12 (270K < T < 970K) 0,42 2,8 500 - 1400
Алюминиевые сплавы 20 - 24 (T = 293K) 0,27 1,9 50 - 600

Как правило, при расчете сварочных деформаций и напряжений диаграмму материала σi Εi принимают идеализированной, без упрочнения. Как показывает практика расчетов, такой подход приводит к существенным погрешностям при определении временных деформаций и напряжений.

Схемы образования угловых перемещений
Рис. 2. Зависимость модуля упругости при сдвиге G от температуры Т (Go значение G при T = 293K); H - низко- среднелегированные стали; A - аустенитные стали

Схемы образования угловых перемещений
Рис. 3. Зависимость предела текучести σт от температуры T (σтo - значение σт при T = 293K); Н - низкоуглеродистые стали; Л - низколегированные стали; А - Аустенитные стали; Al - алюминевые сплавы; Hc - схематизированная зависимость для низкоуглеродистых сталей

Более точные методы, учитывающие упрочнение и ползучесть, требуют для каждого материала проведения испытаний при различных напряжениях, температурах и скоростях деформации. Наиболее типичными являются испытания при заданных температуре и напряжении (на ползучесть) или при заданных температуре и деформации (на релаксацию). Получаемые из серии таких испытаний кривые σ(t) и Ε(t) могут быть использованы при расчете сварочных деформаций и напряжений. После приближенного расчета сварочных деформаций по упрощенной модели поведения материала проводятся испытания, имитирующие условия в различных точках свариваемой детали по температуре и деформации (термодеформационный цикл). Полученные из эксперимента напряжения используются в расчете в качестве характеристики материала, отражающей его реальное поведение с учетом релаксации и упрочнения.






Навигация
Болты
Винты, шпильки, штифты, прокладки
Пружины
Заклепки
Шпонки
Гайки
Резьба
Валы
Муфты
Подшипники
Виды соединений
Передачи
Материал
Дополнительные материалы
Госты метизов
Сварка
Мы в соцсетях
podshipniki.moscow применяемость подшипников
Сортовой металлопрокат: str-steel.ru в Москве с доставкой.