Напряжения и деформации при сварке
Классификация причин возникновения деформации и напряжения при сварке. Термическая и механическая обработка как способы устранения сварочных напряжений. Виброобработка металлоконструкций из углеродистых сталей, чугунов, алюминиевых и титановых сплавов.
Рубрика | Производство и технологии |
Вид | реферат |
Язык | русский |
Дата добавления | 21.12.2015 |
Размер файла | 150,5 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Реферат
Напряжения и деформации при сварке
Деформацией называется изменение формы и размера твердого тела под действием силы.
Напряжение называется сила, приложенная к единице площади поперечного сечения детали или к единице площади ее поверхности.
При сварке металлической конструкции в ней возникают внутренние напряжения и деформации. Различают напряжения и деформации временные и остаточные. Временные напряжения и деформации возникают в конструкциях в момент сварки при изменении температуры. Остаточные напряжения и деформации остаются в сварной конструкции после окончания сварки и полного её остывания. К остаточным деформациям относятся, как правило, необратимые пластические деформации, возникающие в локальных участках напряжённой конструкции, когда величина напряжений в них превышает предел текучести материала конструкции. При этом крайне нежелательными являются растягивающие остаточные напряжения.
а - прогиб; б - угол поворота; в - укорочение; г - выход из плоскости равновесия; д - грибовидность полок.
Рисунок 1 - Виды перемещений при деформации сварных конструкций
деформация напряжение сварка виброобработка
Причины возникновения напряжений и деформаций при сварке:
1) Неравномерное нагревание металла. Все металлы при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Процессы сварки плавлением характеризуются местным нагревом металла и последующим охлаждением с образованием неравномерного температурного поля в сварном соединении. Следовательно, в свариваемой детали возникают сжимающие и (или) растягивающие термические внутренние напряжения. Их величина зависит от физических свойств металла, размеров нагретой зоны и градиента температуры. При сварке конструкции возможность её свободного перемещения в процессе нагрева и охлаждения ограничена, что увеличивает уровень термических напряжений, величина которых может значительно превышать уровень напряжений, возникающих при нагревании свободно изменяющей размеры конструкции. При этом в процессе расширения нагревающейся жёстко закреплённой конструкции возникают сжимающие внутренние напряжения, при последующем охлаждении в процессе укорочения её возникают растягивающие напряжения. Если величина внутренних напряжений превысит предел текучести металла т, в конструкции произойдет изменение формы, то есть появятся остаточные деформации. Аналогичным образом возникают внутренние напряжения и деформации при наплавке, например, валика на кромку металлической пластины (рис. 2, а). Наплавленный валик и нагретая часть пластины будут расширяться и растягивать холодную часть, вызывая в ней деформацию растяжения с изгибом. Сам же валик и нагретая часть пластины будут сжаты, поскольку их тепловому расширению препятствует ее холодная часть. Характер распределения напряжений показан на (рис. 2, б)
Рисунок 2 - Напряжения и деформации при наплавке валика на кромку полосы
В результате такого распределения напряжений пластина прогнется выпуклостью вверх. В процессе остывания наплавленный валик и нагретая часть полосы, претерпев пластическую деформацию, будут укорачиваться. Этому укорочению вновь будут препятствовать слои холодной части металла пластины. Теперь уже наплавленный металл и нагревшаяся часть пластины будут стягивать участки холодного металла. Они сожмутся, и пластина прогнется выпуклостью вниз (рис. 2, в), а остаточные напряжения в ней распределятся, как показано на (рис. 2, г).
2) Литейная усадка наплавленного металла. При охлаждении и затвердевании жидкого металла сварочной ванны происходит его усадка, вследствие чего в основном металле, противодействующем этой усадке, возникают продольные и поперечные внутренние напряжения, вызывающие соответствующие деформации сварного соединения (рис. 3). За счет продольной усадки возникает деформация соединения в продольном направлении относительно оси шва (рис. 1, а и в), а поперечная, как правило, вызывает угловые деформации (рис. 1, б).
Рисунок 3 - продольное напряжение(1) и поперечное напряжение(2)
3) Напряжения от структурных превращений в металле. При сварке изделий из углеродистых и легированных сталей напряжения возникают при нагреве до критических температур, при которых происходят фазовые превращения с изменением типа кристаллической решётки и образованием фазы, обладающей большим удельным объёмом и другим коэффициентом линейного расширения. Наибольшие напряжения могут возникнуть при сварке легированных сталей, склонных к закалке. В этих сталях при ускоренном охлаждении превращение структур нагрева идёт не с образованием исходной до нагрева структуры, а с формированием так называемых закалочных структур, обладающих большим удельным объёмом, более высокой твёрдостью, хрупкостью и пониженной пластичностью. Такие превращения сопровождаются возникновением структурных напряжений, которые в непластичных сплавах могут привести к образованию трещин. Поэтому сварочные напряжения в закаливающихся сталях более опасны. Для сварки таких материалов необходимо разрабатывать более сложный технологический процесс, регулируя условия предварительного нагрева и охлаждения после сварки.
Способы уменьшения напряжений и деформаций при сварке.
· Правильно выбирать конструкцию сварного изделия
· Рационально располагать сварные швы на изделии
· Применять соответствующие методы сборки и сварки изделий
· Правильно выбирать тепловой режим сварки
· В правильной последовательности выполнять сварные швы
· Использовать предварительный и сопутствующий подогрев при сварке
· Подвергать механической или термической правке изделия
· Подвергать термической обработке изделия после сварки
Способы устранений сварочных напряжений.
Термическая обработка
1) Полный отжиг. Выполняется путем нагревания стального изделия до температуры 820 - 930єС, выдерживая при этом и последующим охлаждением. Полный отжиг обеспечивает:
а) получение мелкозернистое строение металла шва, что повышает пластичность наплавленного металла и металла переходной зоны. При этом благодаря улучшению сцеплению зерен между собой повышается вязкость металла;
б) понижение твердости металла шва, что облегчает последующую обработку резанием и давлением;
в) уничтожение внутренних напряжений в сварном изделии;
2) Нормализация. Отличается от полного отжига большей скоростью охлаждения. Повышенная скорость охлаждения в первые моменты после нагрева позволяет получать мелкозернистое строение металла. С этой целью сварное изделие после нагрева до температуры на 20 - 30єС выше критической и выдержки, вынимают из печи и охлаждают на воздухе.
3) Отжиг для снятия напряжений. Операция довольно сложная. При полном отжиге и нормализации внутреннее напряжение уничтожается, так как, для этого достаточно нагреть изделие до температуры 600 - 650єС, и последующее охлаждение с печью.
4) Отпуск. Изделие нагревается до более низкой температуры. Сварочные напряжения частично остаются в изделии, хотя их пик значительно снижается. При нагреве стального изделия 400 - 500єС снимается 50% напряжения, 200 - 300єС - 10-20% напряжения.
Механическая обработка.
Для снятия остаточных напряжений после сварки используют проковку, прокатку, вибрацию, обработку взрывом и другие способы, основанные на создании пластической деформации противоположного знака, приводящей к снижению или полному устранению растягивающих остаточных напряжений в сварной конструкции. Поверхностную пластическую деформацию выполняют на коротких участках шва и околошовной зоны (150-200 мм) сразу же после сварки или после подогрева его до 150-200°С. При этом в интервале 400-200°С металл обладает пониженной пластичностью, и во избежание надрывов обработку пластическим деформированием не производят. Проковку производят пневматическим молотком с закругленным бойком и массой 0,6-1,2 кг.
При многослойной сварке после выполнения корневого шва проковывают все последующие слои. Виброобработке подвергают металлоконструкции из углеродистых сталей, чугунов, алюминиевых и титановых сплавов. Сущность метода заключается в том, что используя вибровозбудитель, определяют резонансные частоты системы «сварная конструкция - вибровозбудитель». Затем производят виброобработку на выбранных резонансных частотах (в диапазоне 10-120 Гц). Длительность обработки, необходимая для снятия напряжений, составляет несколько минут.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Определение причин и описание механизма необратимости пластичной деформации металлов. Изучение структурных составляющих сплавов железа с углеродом, построение кривой охлаждения сплава. Описание процессов закаливаний углеродистых сталей, их структура.
контрольная работа [596,1 K], добавлен 18.01.2015Технология сварки трубопроводов диаметром 89-530 мм, толщиной стенки 5-6 мм. Выбор сварочных материалов и оборудования. Подготовка металла под сварку. Технология сварки. Напряжения и деформации при сварке. Технический контроль. Требования безопасности.
контрольная работа [20,5 K], добавлен 27.02.2009Общие сведения об электрической сварке плавлением. Механические свойства металла шва и сварного соединения. Типичная форма углового шва при сварке под флюсом стали. Особенности технологии сварки низколегированных низкоуглеродистых сталей, ее режим.
реферат [482,7 K], добавлен 21.10.2016Выбор материала конструкции, сварочных материалов, оборудования и инструментов. Организация рабочего места. Изучение технологической схемы изготовления конструкции. Деформации и напряжения при сварке. Контроль качества сварных соединений конструкции.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 21.01.2015Влияние пластических свойств металла на прочность при наличии сварочных напряжений. Угловые деформации при сварке таврового соединения, их определение от двухстороннего шва. Определение остаточного прогиба и продольного укорочения тавровой балки.
контрольная работа [1,9 M], добавлен 26.02.2010Низкоуглеродистые и низколегированные стали: их состав и свойства, особенности свариваемости. Общие сведения об электродуговой, ручной дуговой, под флюсом и сварке сталей в защитных газах. Классификация и характеристика высоколегированных сталей.
курсовая работа [101,4 K], добавлен 18.10.2011Понятия о теориях прочности, а также о деформациях и напряжении. Сложные деформации и их характеристика. Описание теории прочности. Концентрация напряжений в разных местах механизмов их сущность и описание. Контактные напряжения и их характеристика.
реферат [2,2 M], добавлен 17.01.2009Основные сварочные материалы, применяемые при сварке распространенных алюминиевых сплавов. Оборудование для аргонно-дуговой сварки алюминиевых сплавов. Схема аргонно-дуговой сварки неплавящимся электродом. Электросварочные генераторы постоянного тока.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 20.05.2015Закаливаемость и прокаливаемость стали. Характеристика конструкционных сталей. Влияние легирующих элементов на их технологические свойства. Термическая обработка сплавов ХВГ, У8, У13 и их структуры после нее. Выбор вида и режима термообработки детали.
курсовая работа [4,9 M], добавлен 12.01.2014Микроструктура и углеродистых сталей в отожженном состоянии, зависимость между их строением и механическими свойствами. Изучение диаграммы состояния железо - углерод. Кривая охлаждения сплавов. Структура белого, серого, высокопрочного и ковкого чугуна.
презентация [1,5 M], добавлен 21.12.2010Изменение механических, физических и химических свойств углеродистых конструкционных и инструментальных сталей в результате химико–термической обработки. Марки сталей, их назначение и свойства. Структурные превращения при нагреве и охлаждении стали.
контрольная работа [769,1 K], добавлен 06.04.2015Характеристика и механические свойства титана. Исследование влияния вспомогательных компонентов на свойства титанового сплава. Технологические аспекты плавки, определение типа плавильного агрегата. Термическая обработка: отжиг, закалка, старение.
реферат [1,6 M], добавлен 17.01.2014Дифференциальные уравнения контактных напряжений при двумерной деформации. Современная теория распределения по дуге захвата нормальных и касательных напряжений. Изучение напряжений на контактных поверхностях валков, вращающихся с разными скоростями.
курсовая работа [3,0 M], добавлен 19.06.2015Применение деформируемых алюминиевых сплавов в народном хозяйстве. Классификация деформируемых алюминиевых сплавов. Свойства деформируемых алюминиевых сплавов. Технология производства деформируемых алюминиевых сплавов.
курсовая работа [62,1 K], добавлен 05.02.2007Подготовка металла (деталей) к сварке, выбор и обоснование режимов и техники. Последовательность и обоснование сварки швов, термическая обработка детали. Контроль качества методом геометрических измерений. Охрана труда при выполнении сварочных работ.
курсовая работа [3,3 M], добавлен 17.04.2010Механические свойства, обработка и примеси алюминия. Классификация и цифровая маркировка деформируемых алюминиевых сплавов. Характеристика литейных алюминиевых сплавов системы Al–Si, Al–Cu, Al–Mg. Технологические свойства новых сверхлегких сплавов.
презентация [40,6 K], добавлен 29.09.2013Автоматизация процесса сварки. Анализ условий автоматизаций и возмущающих воздействий при сварке. Характеристики объектов регулирования при разных способах сварки. Системы ориентации электрода по стыку при аргонодуговой сварке криволинейных поверхностей.
курсовая работа [594,0 K], добавлен 28.04.2015Классификация, свойства, применение, маркировка углеродистых и легированных сталей. Влияние углерода и примесей на их свойства. Термическая обработка сплава 30ХГСА. Измерение твёрдости методом Роквелла. Влияние легирующих элементов на рост зерна стали.
дипломная работа [761,3 K], добавлен 09.07.2015Титановые сплавы - материалы, плохо поддающиеся обработке резанием. Общие сведения о существующих титановых сплавах. Уровни механических свойств. Выбор инструментальных материалов для токарной обработки титановых сплавов. Нанесение износостойких покрытий.
автореферат [1,3 M], добавлен 27.06.2013История развития сварочного производства. Понятие промышленной продукции сварочного производства и её качества. Сварка, понятие, виды и классы. Подготовка металла к сварке. Предупреждение деформации. Прогрессивные методы сборки и сварки узла. Контроль кач
реферат [38,4 K], добавлен 12.03.2005