Лабораторная работа №6 Тема: Изучение сварочных деформаций и напряжений

6.1. Цель: Изучить физическую сущность и механизм возникновения сварочных деформаций и напряжений. Получить практические навыки расчёта сварочных деформаций и напряжений.

6.2. Задание:

6.2.1. Рассчитать и определить опытным путём общие деформации полосы при наплавке валика на её кромку.

6.2.2. Рассчитать сварочные деформации полосы при изменении режима сварки. Опытным путём определить влияние режима сварки на величину деформации полосы.

6.2.3. Рассчитать продольные сварочные напряжения в полосе при наплавке валика на её кромку.

6.2.4. Сравнить общие сварочные деформации полосы и тепловое воздействие дуги при трёх видах электродуговой сварки: под флюсом, в среде углекислого газа и порошковой проволокой.

6.3. Исходная информация:

6.3.1. Причины возникновения деформаций и напряжений. Основной причиной является неравномерный высокотемпературный нагрев металла.

При сварке конструкций в районе сварного соединения нагретый участок металла по законам физики стремится расшириться по всем направлениям. Однако этому расширению препятствуют смежные не нагретые участки. Сопротивление последних равносильно приложению к нагретому участку сжимающих усилий. В нём, кроме упругих, развиваются пластические деформации сжатия. Происходит укорочение металла в тех направлениях, по которым имелось препятствие расширению. Металл по объёму остаётся прежним, но перераспределяется в этом же объёме. По своей природе пластические деформации сжатия необратимы. Поэтому после снятия температурной нагрузки (после остывания) они приводят к укорочению волокон металла на участке нагрева.

В период остывания наблюдается обратная картина: укороченные волокна металла стремятся принять свои новые размеры, но этому сопротивляются те же не нагревавшиеся участки конструкции. Такое сопротивление при остывании конструкции приводит к появлению в нагревавшемся участке соединения напряжений растяжения, которые также достигают предела текучести и вызывают пластические деформации обратного знака (растяжения). Появившиеся пластические деформации растяжения не могут полностью компенсировать укорочение. Поэтому на участке сварного соединения остаются деформации укорочения и соответствующие им активные напряжения растяжения, вызывая появление уравновешивающих их напряжений сжатия в смежных (не нагревавшихся) участках. При уравновешивании напряжений происходит видимое формоизменение незакреплённой (свободной) конструкции, то есть её деформирование.

6.3.2. Классификация сварочных напряжений. Напряжения, возникающие при сварке, относятся к собственным напряжениям, существующим в сварной конструкции при отсутствии внешних нагрузок. Собственные напряжения разделяют на макро- и микронапряжения. Макронапряжения в пределах размера зерна металла изменяются незначительно, имеют определённую ориентацию и уравновешены в пределах конструкции. Микронапряжения претерпевают значительные изменения в пределах зерна металла.

Сварочные напряжения бывают одноосными (в элементах стержневого типа), двухосными (в пластинах и оболочках) и трёхосными (в массивных изделиях). Их классифицируют по следующим признакам:

▪ по времени существования – временные (существуют при нагреве и остывании конструкции) и остаточные (остающиеся после полного остывания конструкции);

▪ по направлению действия – продольные (параллельные оси сварного шва) и поперечные (перпендикулярные оси шва);

▪ по причине появления – температурные (от неравномерного распределения температур), структурные (от структурных превращений в металле) и деформационные (обусловлены упруго-пластическими деформациями металла);

▪ по характеру действия – активные, уравновешивающие (собственно сварочные напряжения), реактивные (от действия внешних связей).

6.3.3. Классификация сварочных деформаций. Сварочные деформации, как и напряжения, могут быть временными и остаточными, продольными и поперечными. В свою очередь временные остаточные деформации разделяют на общие (искажение формы и размеров всей конструкции) и местные (распространяются только на отдельные элементы конструкции). К ним относят деформации отдельных элементов от потери устойчивости (волнистость, бухтиноватость) и угловые деформации (ребристость, грибовидность, «домики»).