Free Student HQ / FSHQ / "Штаб-Квартира свободного Студента"

Прокатка и прочностные свойства сварных соединений

Влияние прокатки, производимой с целью устранения остаточных напряжений и деформаций, на прочность.

Поверхностный наклеп металлических деталей оказывает положительное влияние на прочность сварного соединения при переменных нагрузках. Прокатка с малыми степенями деформации есть не что иное, как средство создания наклепа в поверхностных слоях металла, в частности на поверхностях сварного шва или околошовной зоны. Поэтому большинство исследователей отмечают положительное влияние прокатки именно на прочность при переменных нагрузках.

В то же время наклеп поверхностного слоя при прокатке, как свидетельствуют результаты испытаний, приводит к некоторому снижению угла изгиба. Но это снижение не столь велико, чтобы вызвать серьезные опасения (обычно не более 15% для металлов толщиной до 8 мм и не более 20% —до 12 мм).

Предел прочности сварных соединений после прокатки практически не меняется совсем, либо повышается, но незначительно. Опытные работы, проведенные в МВТУ им. Баумана на сварных соединениях из сталей X18HI2C4T, Х15Н9Ю, Х15Н5Д2Т, сплавов ВТ1, ОТ4, АМг6, Д20 и других, показали, что в среднем предел выносливости сварных соединений при вибрационных нагрузках повышается после прокатки на 10—15%, а при малоцикловых нагрузках — не более чем на 10%.

Таким образом, прокатка с целью устранения деформаций и напряжений, оказывая некоторое положительное влияние на основные прочностные характеристики сварных соединений, не является в то же время эффективным средством их упрочнения.

Упрочнение сварных соединений прокаткой роликами.

Холодная деформация повышает предел текучести и предел прочности металла. В зависимости от материала это упрочнение получается или вследствие только нагартовки или в сочетании нагартовки с последующим старением. Эти два приема используются для повышения прочности сварных стыковых соединений прокаткой роликами. Наибольший интерес представляют сварные соединения, выполненные с присадочным металлом. За счет осадки усиления сварного шва можно получить требуемую величину пластической деформации в зоне шва и вызвать необходимое упрочнение сварного соединения.

Перечислим основные условия обжатия зоны шва, которые определяют схему прокатки. Первым условием является состояние сварного соединения в процессе прокатки (т. е. свободное или закрепленное в зажимное приспособление).

Вторым условием, определяющим схему прокатки, является определение участка шва или околошовной зоны, который подвергается обжатию роликами. К третьему условию прокатки относится вид корня шва, т. е. наличие или отсутствие обратного усиления шва, а также место расположения прокатывающего ролика или накладки относительно корня шва.

На рис. 1 приведены схемы обжатия сварного соединения, которые подверглись экспериментальной проверке в МВТУ им. Баумана.

Для случая прокатки сварного соединения в свободном состоянии возможно применение следующих двух схем: непосредственно между верхним и нижним роликами обжимается только шов (рис. 1,а); обжатию подвергается не только усиление шва, но и околошовная зона по разу с каждой стороны шва (рис. 1,6).

Схема б может быть воспроизведена в двух вариантах:

1) обжатию роликом подвергается шов и зона рядом со швом, не перекрывающие друг друга; 2) при прокатке околошовной зоны край ролика частично (на 2— 8 мм) перекрывает шов (рис. 1,в).

Прокатка в рамке может производиться в соответствии со схемой г, когда обжатию подвергается верхнее и нижнее усиление шва двумя роликами одновременно, принципиальных отличий в смысле выбора режимов прокатки при использовании этого варианта и прокатки в свободном состоянии нет.

Прокатка на подкладке может производиться по следующим схемам: со стороны верхнего усиления шва обратная сторона прижата к подкладке (рис. 1,d); по кратному формированию шва, верхнее усиление прижато к подкладке (рис. 1, е); по верхнему усилению шва, обратное усиление снято заподлицо с металлом околошовной зоны. Корень шва и зона шва плотно прижаты к подкладке (рис. 1, ж).

Величина пластической деформации зависит от усилия и площади контакта. Поэтому степень упрочнения сварного соединения, достигаемая при прокатке, определяется усилием прокатки, диаметром и шириной рабочего пояска ролика.

Увеличение диаметра ролика при одном и том же усилии прокатки и ширине рабочего пояска приведет к уменьшению давления в контакте и потребует увеличения усилия на ролике. С другой стороны, уменьшить диаметр ролика трудно из-за конструктивных особенностей машин для прокатки.

Наиболее целесообразно для прокатки сварных стыковых соединений металлов толщиной 1—8 мм использовать ролики диаметром 80—160 мм с шириной рабочего пояска, равной ширине шва или несколько превышающей ее, а именно 8—18 мм. Рассмотрим некоторые результаты экспериментов.

Сварные образцы из нагартованного до 20% сплава АМг6 выполнены автоматической аргоно-дуговой сваркой неплавящимся электродом с присадочной проволокой. Образцы прокатывали на машине с поперечным расположением роликов, затем испытывали на разрыв, замерялись угол изгиба и твердость металла по сечению в зоне сварного соединения.

Протекание пластической деформации, вызываемой в зоне шва прокатным роликом, сопровождается повышением твердости металла. Поэтому распределение твердости в поперечном сечении прокатанного сварного соединения также может характеризовать степень восстановления нагартовки исходного материала в зоне отпуска.

Исследования но упрочнению сварных соединений нагартованного металла АМг6 б=2 мм позволяют определить эффективность упрочнения в свободном состоянии сварных образцов. Прокатка осуществляется по двум схемам: а — прокатка шва и б — прокатка шва и зоны. Прокатка по схеме с обжатием шва (б=2 мм) обеспечивает восстановление прочности в зоне шва почти до уровня основного нагартованного металла. При усилии на ролике 1250 кгс. Угол изгиба соединения после прокатки такой же, как и у основного металла, и равен -40°.

Дальнейшее повышение усилия на ролик в очень малой степени способствует повышению прочности и вызывает увеличенный разброс результатов испытания что, по-видимому объясняется возможным перекатом металла в зоне шва. Представляет интерес проследить упрочнение сварного соединения путем измерения твердости.

Измерения показали (рис. 2) повышение твердости в зоне шва, но при таких условиях прокатки восстановление нагартовки происходит еще далеко не полностью и для его завершения при прокатке только самого шва требуется приложение к ролику значительно большего усилия. Результаты, полученные при прокатке по схеме б, свидетельствуют о том, что прочность сварного соединения начинает повышаться при меньших усилиях на ролике, но с увеличением усилия возникает значительный разброс по величине предела прочности сварного соединения. Это объясняется некоторой неопределенностью условий обжатия околошовной зоны на плоскости.

На основании экспериментов можно сделать следующее заключение:

1. Прокатка зоны шва роликами является эффективным средством повышения прочности стыковых сварных соединений.

2. Эффект упрочнения может быть достигнут при прокатке только шва и при прокатке шва и околошовной зоны. Лучшие результаты получены при прокатке околошовной зоны с каждой стороны после прокатки шва.

3. В производстве необходимо сосредоточить внимание на однократной прокатке только по шву при усилии, обеспечивающем эффективность такого приема.

4. С увеличением усилия, приложенного к ролику, возрастают деформации, поэтому необходимо разработать эффективные мероприятия по их предотвращению.

5. Для прокатки продольных швов оболочек толщиной до 15 мм требуется машина с продольным расположением роликов. Максимальное усилие, приложенное к ролику, должно быть 15—20 тс.

Основной причиной, вызывающей значительное возрастание деформаций с увеличением усилия, приложенного к ролику, является местная потеря устойчивости листа с выходом зоны шва из плоскости. Этому способствуют значительные напряжения сжатия и малая жесткость листа. При увеличении жесткости на время прокатки и предотвращения развития пластических деформаций упругая деформация после освобождения из закреплений имеет характер, напоминающий по виду и величине деформацию от сварки. Эта деформация в данном случае вызывается удлинением в продольном направлении осаженной роликами зоны шва, где возникают остаточные напряжения сжатия (в противоположность остаточным напряжениям растяжения в зоне усадки шва от сварки). Для закрепления зоны шва на время прокатки могут быть применены две схемы — в рамке и на подкладке.

В.М. Сагалевич - Методы устранения сварочных деформаций и напряжений.

 

Сайт создан в 2012 г. © Все права на материалы сайта принадлежат его автору! 
Копирование любых материалов сайта возможно только с разрешения автора и при указании ссылки на первоисточник
Яндекс.Метрика