Способ снижения остаточных напряжений в конструкциях

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам снижения остаточных напряжений в конструкциях, и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Целью изобретения является повьшение эффективности обработки. Для этого предварительно определяют для конструкции диаграмму предельных напряжений цикла с участком, соответствующим пределам циклической ползучести . Прикладывают к конструкции циклическую нагрузку (Н), выбранную из условия, при котором сумма максимального остаточного напряжения растяжения и напряжения от циклической Н бьша бы не менее предела циклической ползучести, но не превосходила предела выносливости. По мере снижения остаточных напряжений увеличивают Н, соблюдая то же условие для суммы текущего значения остаточного напряжения растяжения и напряжения от циклической Н. Изобретение позволяет назначить режимы циклического нагру- . жения конструкции, обеспечивающие эффективное снижение остаточных напряжений растяжения без накопления в ней усталостных повреждений. 1 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) А1

F1) 4 В 23 К 25/00, 28/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 3959738/31 — 27 (22) 08.08.85 (46) 07.08.87. Бюл. 1Ф 29 (71) Институт проблем прочности

АН УССР (72) Б.С. Шульгинов и В.А. Дегтярев (53) 621.7.09(088.8) (56) Сутырин Г.В. Снижение остаточных напряжений сварных соединений низкочастотной вибрационной обработкой. — Сварочное производство, 1983, )Ф 2, с.22-24.

Зубченко О.И. и др. Применение вибрационного нагружения для снятия остаточных напряжений в сварных рамах.. — Автоматическая сварка, 1974, )1 9, с.64-66.

Труфяков В. Усталость сварных соединений, 1973) с.142. (54) СПОСОБ СНИЖЕНИЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В КОНСТРУКЦИЯХ (57) Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам снижения остаточных напряжений в конструкциях, и может найти применекие в различных отраслях машино-. строения. Целью изобретения является повышение эффективности обработки.

Для этого предварительно определяют для конструкции диаграмму предельных напряжений цикла с участком, соответствующим пределам циклической ползучести. Прикладывают к конструкции циклическую нагрузку (Н), выбранную из условия, при котором сумма максимального остаточного напряжения рас-, тяжения и напряжения от циклической

Н была бы не менее предела циклической ползучести, но не превосходила предела выносливости. По мере снижения остаточных напряжений увеличивают

Н, соблюдая то же условие для суммы текущего значения остаточного напряжения растяжения и напряжения от циклической Н. Изобретение позволяет назначить режимы циклического нагружения конструкции, обеспечивающие эффективное снижение остаточных напряжений растяжения без накопления в ней усталостных повреждений. 1 ил.

1 .132811

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам повышения усталостной прочности, и может быть использовано для снижения оста5 точных напряжений в конструкциях, например для снижения остаточных сварочных напряжений растяжения.

Цель изобретения — повышение эффек. тивности обработки за счет повышения надежности и долговечности конструкции.

На чертеже представлена диаграмма напряжений, поясняющая способ..

Способ заключается в следующем.

Предварительно определяют диаграмму предельных напряжений конструкции путем испытания соответствующих образ. цов. В качестве примера на чертеже приведена схема диаграммы предельных 20 напряжений цикла конструкции, построенной в координатах максимальные напряжения б„ „,, средние напряжения

6 цикла. Участки диаграммы 1 и 2 соответствуют пределам выносливости 25 конструкции и пределам циклической ползучести материала конструкции соответственно. На диаграмме обозначены предел прочности (б ), предел текучести (0, ), минимальный предел цикли- 30 ческой ползучести материала (Gц„) и предел выносливости конструкции при симметричном цикле нагружения (б,).

Неразрушающим методом находят эпюру .остаточных напряжений в конструкции З5 и определяют максимальное остаточное напряжение расагяжения, значение которого откладывают на диаграмме. Иа чертеже геометрическим местом точек, соответствующих значениям остаточных 40 напряжений растяжения, является прямая, проведенная из начала координат под о углом 45 . Максимальное напряжение цикла G „ îò внешней нагрузки, кото" рую надо приложить к конструкции для 45 уменьшения остаточных напряжений, определяют из условия ц,Пд — МаКС. аст Й д + (G

50 гдеб - предел выносливости конструкЦии, aG — предел циклической ползучести материала конструкции, у которых среднее напряжение цикла равно сумме остаточного напряжения G«и среднего напряжения цикла от внешней нагрузки 6 . Если остаточное напряжение G„„ больше среднего напряжения цикла6ц„ минимального предела циклической ползучести G „, то для. снижения ! остаточных напряжений достаточно приложить к конструкции симметричную циклическую нагрузку (б =6„ „,). Например, при остаточном напряжении „„ амплитуда циклического напряжения G может быть равна отрезку А Б . Если б „ G „, то для снижения остаточных напряжений необходимо прикладывать к конструкции асимметричную циклическую нагрузку(6„ „,= +6 . Например, при остаточном напряжении 6 „ напряжения от внешней нагрузки могут быть равны G = А,Г,G = А,Б,. В результате циклического нагружения максимальное остаточное напряжение в конструкции уменьшается HBIIpHMep до 6ост г

Для дальнейшего уменьшения остаточных напряжений циклические напряжения следует увеличить так, чтобы соблюдалось условие (1). Например, при симметричном циклическом нагружении амплитуду напряжений А В = A,Á, можно увеличить до величины А В. В резульг тате действия этого напряжения остаточные напряжения уменьшатся, напри-, мер, доС . Для дальнейшего уменьшения остаточных напряжений необходимо приложение асимметричной нагрузки, например С = А Г иб = А„Б,.

Пример. Способ снижения остаточных напряжений осуществляют при испытаниях сварных стыковых соединений стали 09Г2 с остаточными напряжениями. Предварительно определяют диаграмму предельных напряжений цикла. Для этого находят предел выносливости стыкового сварного соединения с остаточными напряжениями при коэффициенте асимметрии цикла внешней нагрузки К=О и проводят участок диаграммы предельных напряжений 1 (см. чертеж), соответствующий пределам усталости, параллельно лучу, выходящему из начала координат под углом о

45, до пересечения с кривой 2, проведенной через найденные пределы циклической ползучести основного металла этой же стали. Эпюру остаточных напряжений по ширине образца со сварным швом в исходном состоянии находят ультразвуковым методом и определяют максимальное остаточное напряжение растяжения. В исследуемых образцах максимальное остаточное напряжение растяжения в исходном состоя- нии равноС, =250 МПа. Поскольку баса меньше среднего напряжения цикла

1328119

355 МПа минимального предела циклической ползучести (У „, то с целью выполнения условия (1) циклическое нагружение образца для снижения остаточного напряжения осуществляют при коэффициенте асимметрии цикла

R=0 5 и максимальном напряжении от внешней нагрузкиб„ = 220 МПа. При этом режиме нагружения среднее напряжение цикла от внешней нагрузки составляет G =165 МПа. Таким образом, действительное среднее напряжение цикла (с учетом остаточного напряжения растяжения) составляет G — 415 МПа, а действительное макси-. мальное напряжениеб „,= 470 МПа.

Следовательно, при выбранном режиме нагружения условие (1) соблюдается, т.е. действительное максимальное напряжение цикла меньше предела выносливости и больше предела циклической ползучести. Измеренное после 100 тыс. циклов нагружений максимальное остаточное напряжение растяжения составляетб „,= 125 МПа, т.е. исходное .максимальное остаточное напряжение растяжения уменьшилось в два раза.

С целью .подтверждения того факта, что существенное снижение остаточных напряжений происходит только в случае, когда сумма максимальных напряжений от внешней циклической нагрузки и остаточных напряжений превышает предел циклической ползучести исследуемого материала, проводят испытания второй серии сварных образцов. Циклическое нагружение образцов осуществляют в условиях от нулевого цикла (R=o) при бмакс = 110 МПа. Суммаймакс+бост =

=360 МПа, что ниже пределов циклической ползучести. Максимальное остаточное напряжение растяжения; измеренное после 100 тыс. циклов нагружений, составляетб „ =210 MIIa, т.е. умень.шилось на 16Х. Таким образом, проведенные испытания подтверждают определяющую роль предела циклической ползучести в процессе снижения остаточ5 ных напряжений при циклическом нагружении.

За счет того, что сумма остаточного напряжения растяжения и напряжения от вибрационной .нагрузки не будет превышать пределы выносливости конструкции, надежность и результативность способа првышаются, так как за счет предотвращения накопления усталостных повреждений достигается

15 максимальный прирост долговечности конструкции в результате уменьшения остаточных напряжений.

За счет того, что сумма этих же напряжений будет не ниже предела

20 циклической нагрузки, а не предела текучести, повышается надежность способа, так как в результате уменьшения нижней границы (предел циклической ползучести всегда меньше пре25 дела текучести) расширяется диапазон возможных значений напряжений от вибрационной нагрузки. формула и з обретения

Способ снижения остаточных напряжений в конструкциях, при котором конструкцию подвергают вибрационному нагружению, отличающийся тем, что, с целью повышения эффектив1 ности обработки за счет повышения долгбвечности и надежности конструкции, вибрационную нагрузку назначают из условия, что сумма максимального

40 остаточного напряжения и максимально- го напряжения от вибрационной нагрузки больше предела циклической ползучести конструкции, но меньше предель-, ного напряжения цикла, и в процессе

45 нагружения по мере снижения остаточных напряжений величину вибрационной нагрузки увеличивают.

1328119

oem".3 (оп Вость

ncrn1

Составитель Л. Назарова

Редактор С. Пекарь Техред Л.Сердюкова Корректор А. Обручар

Заказ 3433/16 Тираж 974

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Подписное

Т

Производственно-полиграфическое предприятие, r, Ужгород, ул, Проектная, 4