Способ определения остаточных напряжений в сварных соединениях

 

Изобретение относится к области сварки, в частности к способам определения остаточных напряжений в сварных соединениях, и может найти применение в различных отраслях машиностроения при изготовлении сварных конструкций. Целью изобретения является повышение точности определения остаточных напряжений сварных соединений . Данная задача решается следующим образом. На детали наносят базы, между ними зачекаинвают термопары , производят сборку деталей, Ьсуществляют сварку и снятие термиче.ского цикла, получают изотерму, ограничивающую область пластических деформаций . Измерение деформаций проводят по разности изменения баз, а остаточные напряжения определяют по формулам G Е/2п(пл + лЕпл/U4 sin2ip); Gy E/2n(enn - „„/лср- sin2(f); - Е йепд/2п йЦ)-со82с|,- гдеСГ - продольные напряжения в сварных соединениях; ц - поперечные напряжения в сварных соединениях; - касательные напряжения; „„ - пластическая деформация в сечениях, параллельных оси шва; Е - модуль упругости материала, 7000 кг/см ; п - коэффициент , учитывающий расстояние между двумя соседними положениями изотермы при перемещении источника нагрева; Ц - угол, равный ot + 45 , где обугол первого главного напряжения, определяемый по изотерме, -ограничивающей область пластических деформаций. 1 ил., 1 табл. i со О5 «Ч

COIO3 СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (дц 4 В 23 К 28/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3973184/25-27 (22) 05.11.85 (46) 15.06.87. Бюл. Ф 22 (72) М.Б.Жуков и .Г.В.Морозова (53} 621.791,75.011 (088.8} (56) Николаев Г.А., Куркин С.А., Винокуров В.А. Сварные конструкции.

Прочность сварных соединений и деформации конструкций. — М.: Высшая школа, 1982, с. 198-199. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ

НАПРЯЖЕНИЙ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ (57) Изобретение относится к области сварки, в частности к способам определения остаточных напряжений в сварных соединениях, и может найти применение в различных отраслях машиностроения при изготовлении сварных конструкций. Целью изобретения является повышение точности определения

/ остаточных напряжений сварных соединений. Данная задача решается следующим образом. На детали наносят базы, между ними зачеканивают термо„„Я0„„1316770 А 1 пары, производят сборку деталей, Ьсуществляют сварку и снятие термического цикла, получают изотерму, ограничивающую область пластических деформаций. Измерение деформаций проводят по разности изменения баз, а остаточ:ные напряжения определяют по формулам 6„= Е/2n(E» + hE / ц> sin2ep);

6> = E/2n(E„, — E« /bq sin2q); „ = Е nE„/2n М cos2q, гдe 0,, продольные напряжения в сварных соединениях б — поперечные напряже1 ния в сварных соединениях; „ — касательные напряжения; Е„„ — пластическая деформация в сечениях, параллельных оси шва; Š— модуль упругости материала, 7000 кг/см ; n — - коэффициент, учитывающий расстояние между двумя соседними положениями изотермы при перемещении источника нао грева; g — угол, равный ос + 45, где оЬ- угол первого главного напряжения, определяемый по изотерме, .ограничивающей область пластических деформаций.

1 ил., 1 табл.

1316770

Изобретение относится к сварке, предназначено для определения собственных напряжений в сварных соединениях деталей и может найти применение в любой отрасли машиностроения.

Цель изобретения — повышение точности определения остаточных напряжений в металле сварных соединений.

На чертеже представлен образец перед операцией разрезки (для того чтобы не затемнять чертеж все замеры представлены на одной пластине, на другой пластине напряжения и деформации симметричны).

Образец состоит из двух пластин

1 и 2. На пластины 1 и 2 наносят базы

AA +A n А„, параллельные свариваемым кромкам. Между базами с обратной стороны образца зачеканивают термопары (на чертеже не показаны). Затем осуществляют сварку пластин 1 и 2. В процессе сварки с помощью термопар записывают термический цикл, Сваренный образец разрезают из полосы — линии реза представлены на чертеже в виде пунктирной линии ОΠ— по типу гребенки, и измеряют изменение баз

АА и т.д..

По разности полученных размеров определяют деформации. Для полосы, имеющей нулевую деформацию„ например, А,А отбирают записанный термический цикл и устанавливают значение максимальной температуры цикла. Зная эту температуру, строят ее изотерму

3 для двух соседних положений при перемещении источника нагрева и проводят между ними срединную иэотерму .4.

Затем для определения нормальных и касательных напряжений используют известные построения (Малин Н.Н. Прикладная теория пластичности и ползучести. — N. Машиностроение, 1968, с. 249-250), к срединной изотерме 4 в точках ее пересечения прямыми, являющимися продолжением базы АА, приводят касательные ВВ и к ним восстаI навливают перпендикуляры СС до их пересечения с двумя соседними положениями изотермы 3. Определяют .угол.Ы

1 между перпендикулярами СС и прямыми, являющимися продолжением базы АА

Угол ac — угол первого главного напряжения. Затем определяют угол =

= м + 45 . Определяют коэффициент.п, учитывающий расстояние между двумя соседними положениями изотермы 3, СС и и

1 С С 2

СС

С,С, СС

4 ° п

5 4 (f + — — s in2q) Е пк ° х 2n hh лЧ э

Е

6 = — (F — — — sin2„.)

2п п ьу

ЕЬЕ„„ — — — cos2q, 25 2пь

По ним определяют остаточные напряжения сварных соединений. .Пример. Для определения ос30 таточных напряжений в сварном соединении используют образцы из алюминиевого сплава АМг6 толщиной 45 мм, сварку которых проводят на регламентированном техдокументацией ре35 жима I, = 280 А, U, = 12 и/ч, U -= 10 В. Образец состоит из двух пластин 1 и 2. На пластины наносят базы АА, А,А,-А « Aö параллельно свариваемым кромкам, размер базы

40 30 мм, расстояние между базами 6 мм.

Между базами (с обратной стороны образца) зачеканивают термопары. Затем осуществляют сварку пластин 1 и 2. В процессе сварки с помощью термопар

45 (не показаны) записывают термический цикл. В результате сварки в образце возникают сварочные напряжения, вызывающие деформацию образца, различную на всех базах в пределах одной

5р пластины, на базах второй пластины деформации- будут симметричны. Образец разрезают по заданным уровням на полосы параллельные оси шва. На освобожденных от связей полосах измеряют

55 изменение баз и получают их новые размеры: АА = 30,084 мм; А,А

= 30,108 мм; А А = 30,096 мм; А А, =

= 30,084 мм; A„A „ = 30,042 мм; А А

= ЗО,015 мм.

1 где СС вЂ” отрезки перпендикуляра, заключенные между двумя со седними положениями изоf0, термы 3.

Остаточные напряжения в сварных соединениях возникают и находятся в прямой зависимости от пластических деформаций укорочения.

15 Эксперименты позволили уточнить указанную взаимосвязь в виде нижеприведенных формул:

1316770

По разности полученных до сварки и после разрезки замеров баз определяют пластические деформации на этих базах Я „„= 0 0028; Е- пл, = 0 0012;

Отбирают термический цикл для полосы А А, имеющей практически нулевую остаточную деформацию. Устанавливают значение максимальной темпера- 10 о туры цикла — 200 С. Строят изотерму 3 для двух соседних положений при перемещении источника нагрева на шаг.

Проводят срединную изотерму 4, которая пересекает прямые, проходящие че- 15 рез базы. К изотерме 3 в точках пересечения с прямыми, проходящими через базы, проводят касательные ВВ, Затем ( к касательным ВБ в этих точках восстанавливают перпендикуляры СС и 20 определяют угол са между перпендикулярами и прямыми, проходящими через базы, угол с6 — угол первого главного напряжения °

I 25

Значение определяемого угла о .между перпендикулярами и прямыми, являющимися продолжением базы АА, меняется -при переходе от одной базы о к другой, а угол (= угол oC + 45 тогда изменение угла при переходе от одной базы измерения к другой можно представить выражением Ьс =

=,, т.е. в предлагаемом примере соответственно равно 10, 9, 24, 25, 17,или 0,2, 0,16, 0,42, 0,436, 0 3 рад. Определяют коэффициент п, он равен 1 9; 1,65; 1 63, 1,2, 1 05.

Поскольку сварка выполняется подвижным источником нагрева, необходимо учитывать неодновременность наложения шва, которая характеризуется коэффициентом и, учитывающим расстояние между двумя соседними положениями изотермы при перемещении источника45 нагрева из одного положения в соседнее на шаг, Как показали эксперименты, размер шага в зависимости от округлости изотермы 10-30 мм (в данном примере шаг взят равным 10 мм).

Результаты испытаний сведены в таблицу.

Как видно из таблицы, напряжение(7„ по прототипу больше продольных напря-55 жений, полученных по данному способу, причем имеется большой разброс значений 6„ rro прототипу, что приводит к неуравновешенности эпюры напряжений.

Неуравновешенность эпюры собственных напряжений указывает на то, что метод, принятый в качестве прототипа, не учитывает местные коробления кромок; деформации, общей потери устойчивости и т.д.

По данному способу измерения выполняют в металле, когда он находится в свободном от напряжений состоянии: измеряют цо сварки и после разрезки, когда металл также свободен ат напряжений.

Сравнивая измерения по известному методу с полученными измерениями по данному способу приходим к выводу, что применительно к тонкостенным

1 конструкциям способ обладает повышенной точностью, так как базы при измерениях оказываются строго прямолинейными. Достоверность полученных результатов возрастает. Получение достоверных сведений об остаточных напряжениях в сварном соединении позволит более объективно оценить такие показатели как коррозионная стойкость, про ность при статических и динамических нагрузках, а также позволит назначить режимы термической обработки типа отпуска или бтжига. Кроме того, по одному измерению баз разрезанной пластины можно получить сведения о трех составляющих напряжениях: продольных G,, поперечных 5 и касательных F

Формула и з о б р е т е н и я

Способ определения остаточных напряжений в сварных соединениях, включающий нанесение на образец измерительных баз, измерение деформаций, разрезку образца на полосы, параллельные оси сварного шва, и определение остаточных напряжений, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности определения остаточных напряжений, сначала наносят базы на образец, выполняют его сварку-, фиксируя при этом термический цикл сварки, разрезают образец на полосы, осуществляют измерение деформаций, по термическому циклу устанавливают значение максимальной температуры цикла, строят ее изотерму для двух соседних положений при перемещении источника нагрева, находят между ними срединную изотерму, определяют для каждой базы угол С между перпендикуляром и каса1316770

Е Е . пи (F + — -- sin2q)

2п;

Е <Епа (F — — — sin2q);

2п " 6 Р

Базы пп

По прото- По изобтипу ретению

АА

1,5

9,26

14,0

А, А

«

-А А

3 5

1i,57

4,00

6,00

6,00

10,00

2,00

6,00

11,00

10,80

А4А

1,00

-1,5

Составитель 3.Хаустова

Техред Л. Олийнык Корректор Т, Колб

Редактор N.Òîâòèí

Заказ 3383/10 Тираж 975 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 тельными в точках пересечения с базами, определяют коэффициент п, учитывающий изменение расстояния между двумя соседними положениями изотермы при перемещении источника нагрева, и затем определяют остаточные напряжения .по следующим зависимостям:

1 л ÅÏÅ4h

-- — — соз2 п, «Ч 2ngq где G — продольные напряжения в сварных соединениях;

5 6 — поперечные напряжения в

9 сварных соединениях; — касательные напряжения;

E — пластическая деформация в сечениях, параллельнйх оси шва;

E — модуль упругости материала, 7000 кг/см ;

Ц> — угол., равный eC + 45