Способ определения ширины зоны концентратов растягивающих остаточных сварочных напряжений стыкового соединения из стали

Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано при проектировании и производстве сварных конструкций. Для определения ширины зоны концентраторов растягивающих остаточных сварных напряжений сваривают встык две стальные пластины швом, состоящим из двух участков. Выявляют положение двух концентраторов, соответственно от первого и второго участков шва. Вдоль линий, проходящих параллельно сварному шву на расстоянии не более 10 мм одна от другой, определяют величины поперечных шву напряжений растяжения. Строят эпюры этих напряжений, по которым отбирают линии, в которых пики напряжений от концентраторов, наведенных первым и вторым участком сварного шва, расположены раздельно, а между пиками имеется перепад значений. За ширину зоны влияния концентраторов принимают расстояние от сварного шва до наиболее удаленной от него линии с раздельно расположенными пиками, разделенными перепадом значений на эпюре поперечных напряжений. 2 ил.

 

Изобретение относится к области сварки, а именно к оптимизации остаточного напряженного состояния в сварных узлах и может быть использовано при проектировании и производстве сварных конструкций.

На текущий момент сведений о способах определения ширины зоны концентраторов растягивающих остаточных сварочных напряжений (ОСН) в стыковых соединениях из стали по доступным литературным источникам не обнаружено.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение усталостной долговечности сварных изделий, стабильность их геометрических форм, снижение склонности к трещинообразованию.

Технический результат достигается тем, что в способе определения ширины зоны концентраторов растягивающих остаточных сварочных напряжений стыкового соединения из стали сначала выполняют стыковое соединение двух стальных пластин сварным швом двумя участками: от начала к середине с прекращением сварки и после остывания пластин от середины к концу, выявляют положение двух концентраторов по одному от каждого участка, затем вдоль линий параллельных шву и расположенных на расстоянии не более 10 мм одна от другой определяют значения поперечных шву напряжений растяжения, строят их эпюры, по эпюрам отбирают линии, в которых пиковые напряжения от концентраторов, вызванные сваркой первого и второго участков шва, расположены раздельно, а за ширину зоны концентраторов принимают расстояние от сварного шва до наиболее удаленной от него линии с расположенными на эпюре раздельно пиковыми поперечными напряжениями.

На основании патентного поиска, проведенного по доступным источникам информации, отличительных признаков, указанных в формуле предполагаемого изобретения не обнаружено.

В связи с этим, данное техническое решение соответствует критерию «существенные отличия».

Пример осуществления способа. Выполняли определение ширины зоны концентраторов растягивающих остаточных напряжений в сварном образце. Образец - стыковое соединение двух пластин из стали Ст3 с габаритами 220×100×8 мм каждая, выполненное штучными электродами УОНИ 13/55 (ГОСТ 9466-75) диаметром 3 мм на постоянном токе 90-110 А обратной полярности двумя участками: от начала к середине с прекращением сварки, а после остывания пластин до комнатной температуры, от середины к концу. Это сделано, чтобы получить два концентратора ОСН в одном образце. Осмотр соединения не выявил сварочных дефектов. Усиление шва не снимали.

На лицевую (т.е. со стороны шва) поверхность образца чертилкой наносили координатную сетку с ячейкой 10×10 мм. В узлах координатной сетки магнитоупругим измерителем механических напряжений ИМН-4М (разработка Воронежского государственного технического университета, ведущий конструктор Юршин А.Н.) с датчиком, оборудованным угломерным устройством, определяли углы а наклона касательных к траекториям наибольших главных напряжений (они же изостаты, линии тяжения) и разности главных напряжений (σ12). Всего точек контроля 340. Время измерений в одной точке (узле сетки) меньше одной минуты. После получения 340 значений углов а и разностей (σ12) по авторской методике строили сами траектории (Устинов Ю.Ф., Семыкин В.Н., Калинин Ю.И., Ульянов А.В. Выявление с помощью изостат напряженного состояния металлических конструкций строительных машин // Механизация строительства, 2009. №6. С. 8-11).

На фиг. 1 представлено полученное поле траекторий наибольших (сплошные линии) и наименьших (штриховые линии) главных напряжений в стальном стыковом сварном образце с габаритами 220×200×8 мм. Для удобства описания поля пластины образца назвали «верхняя» и «нижняя», а положение линий координатной сетки обозначили 1-1, 2-2, … 17-17 (горизонтальные), А-А, Б-Б, … Ф-Ф (вертикальные). В поле по сгущению траекторий определили положение двух концентраторов растягивающих ОСН у сварного шва на вертикальных линиях 3-3 и П-П.

На основе данных измерений, полученных с помощью прибора ИМН-4М, определили величины продольных σх и поперечных σу относительно сварного шва остаточных напряжений (Устинов Ю.Ф., Семыкин В.Н., Калинин Ю.И., Ульянов А.В. Магнитоупругий метод контроля металлических конструкций землеройно-транспортных и грузоподъемных машин // Механизация строительства, 2009. №4. С. 7-11).

Для определения ширины зоны концентраторов сначала построили эпюры продольных σх и поперечных σу напряжений вдоль горизонтальных линий 10-10, 11-11, … 16-16 нижней пластины. Затем отобрали те эпюры, в которых пиковые растягивающие поперечные напряжения от первого и второго участков сварного шва расположены раздельно. Таковыми оказались пять эпюр вдоль линий 10-10, 11-11, 12-12, 13-13, 14-14. В эпюре по линии 10-10 (фиг. 2, а) оба пиковых напряжения ярко выражены и разделены перепадом («про валом») значений продольных напряжений от растяжения +98 МПа до сжатия - 37 МПа. Ширина «провала» равна 40 мм. По мере удаления от сварного шва с шагом 10 мм на эпюрах σy «провал» становится менее выраженным и на линии 14-14 (фиг. 2, б) составляет всего 12 МПа. На линии 15-15 «провала» нет вовсе, следовательно, влияние концентраторов уже не проявляется. Ширину зоны концентраторов определили равной расстоянию от сварного шва до линии 14-14, что составило в нашем случае 60 мм. Способ проверили и в верхней пластине также с положительным результатом.

Способ может быть полезен:

1) для повышения точности расчетов прочности сварных конструкций путем учета ширины зоны концентраторов ОСН;

2) для исключения негативного взаимодействия концентраторов ОСН из-за их наложения при выполнении близко расположенных швов;

3) для рационального сочетания (суперпозиции) ОСН с эксплуатационными (рабочими) напряжениями;

4) для безопасного распределения по конструкции концентраторов ОСН и геометрических концентраторов от нерационального проектирования, технологических дефектов и т.д.

Технико-экономический эффект предлагаемого способа заключается в повышении: долговечности изделий, их усталостной прочности, стабильности геометрических форм за счет оптимизации остаточного напряженного состояния в сварных конструкциях. Этим снижается вероятность их разрушения или деформирования, которое может вызвать депланации, заклинивания и биения деталей механизмов и машин.

Способ определения ширины зоны концентраторов растягивающих остаточных сварочных напряжений стыкового соединения из стали, включающий выполнение стыкового соединения двух стальных пластин сварным швом на участке от начала к середине шва с прекращением сварки и остыванием пластин, а затем на участке от середины к концу шва, выявление положения двух концентраторов по одному от каждого упомянутого участка, определение вдоль линий, параллельных сварному шву и расположенных на расстоянии не более 10 мм одна от другой, значений поперечных относительно сварного шва напряжений растяжения с построением их эпюр, по которым отбирают линии с раздельным расположением пиковых напряжений от концентраторов, вызванных сваркой упомянутых участков шва, при этом за ширину зоны концентратора принимают расстояние от сварного шва до наиболее удаленной от него линии с расположенными раздельно на эпюре пиковыми поперечными напряжениями.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сварочному производству. Для снижения остаточных сварочных напряжений изготавливают серию образцов, формируют сварной шов, состоящий по длине, например, из двух частей с установленным между этими частями рабочим элементом, проводят отпуск при температуре, постоянной для всех образцов и в течение различного для всех образцов временного интервала.

Изобретение относится к способу определения трещиностойкости наплавки роликов установки непрерывной разливки стали (УНРС) и может найти применение при изготовлении и восстановлении дуговой наплавкой роликов системы вторичного охлаждения УНРС.

Изобретение относится к машиностроению и судостроению, а также строительству. Определяют среднюю скорость расплавления электрода путем деления длины расплавившейся части к времени расплавления.
Изобретение относится к сварочному производству и может быть использовано для определения стойкости жаропрочных материалов к образованию горячих трещин при выборе сплава для сварных конструкций из тонколистовых материалов с толщиной менее 1,5 мм.

Изобретение относится к области сварки и может быть использовано при проведении измерительного контроля качества сварных швов, а также при оценке квалификации сварщиков и при оценке качества сварочных материалов.

Изобретение относится к сварочному производству, к способам контактной стыковой сварки оплавлением изделий различного сечения. Способ включает установку и зажатие в сварочных губках свариваемых изделий, предварительное оплавление и сжатие свариваемых торцов, предварительный подогрев проходящим током, контроль распределения температуры, нагрев изделий и последующие оплавление и осадку.

Изобретение относится к способу изготовления вала для турбины и/или генератора посредством сварного соединения и к валу, изготовленному упомянутым способом. Осуществляют удаление по меньшей мере с одной стороны основной ограничивающей круговой поверхности соответственно одной центральной части соответствующего элемента (5) вала относительно оси вращения (2) для получения соответственно одной открытой полости (11) по меньшей мере в одном цилиндре (3) в пределах оставшегося трубообразного ребра (13).

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к сварке титановых сплавов, и может использоваться при изготовлении сложных конструкций. .

Изобретение относится к области сварки и предназначено для контроля качества плазменной точечной сварки листов из нержавеющих хромоникелевых сталей толщинами 1-2,5 мм.

Изобретение относится к области сварочной техники, а именно к оценке требований к химическому составу углеродистых и низколегированных сталей, обеспечивающих отсутствие склонности к образованию холодных трещин и требуемый комплекс механических характеристик сварного соединения при выполнении сварки на заданных режимах.

Изобретение относится к области сварочного производства и может быть использовано при проектировании и производстве сварных конструкций. Для определения ширины зоны концентраторов растягивающих остаточных сварных напряжений сваривают встык две стальные пластины швом, состоящим из двух участков. Выявляют положение двух концентраторов, соответственно от первого и второго участков шва. Вдоль линий, проходящих параллельно сварному шву на расстоянии не более 10 мм одна от другой, определяют величины поперечных шву напряжений растяжения. Строят эпюры этих напряжений, по которым отбирают линии, в которых пики напряжений от концентраторов, наведенных первым и вторым участком сварного шва, расположены раздельно, а между пиками имеется перепад значений. За ширину зоны влияния концентраторов принимают расстояние от сварного шва до наиболее удаленной от него линии с раздельно расположенными пиками, разделенными перепадом значений на эпюре поперечных напряжений. 2 ил.

Наверх