Деформации и напряжения при неравномерном нагреве и остывании

Сварка вызывает в изделиях появление напряжений, существующих без приложения внешних сил. Напряжения возникают по ряду причин, прежде всего из-за неравномерного распределения температуры при сварке, что затрудняет расширение и сжатие металла при его нагреве и остывании, так как нагретый участок со всех сторон окружен холодным металлом, размеры которого не изменяются. Вследствие структурных превращений участков металла околошовной зоны, нагретых в процессе сварки выше критических точек, в свариваемых конструкциях возникают структурные напряжения. В отличие от напряжений, действующих на конструкцию во время ее эксплуатации и вызываемых внешними силами, эти напрял ения называют внутренними (собственными) и остаточными сварочными напряжениями. Если значения сварочных напряжений достигнут предела текучести металла, они вызовут изменение размеров и формы, т. е. деформацию изделия. Деформации могут быть временными и остаточными. Если остаточные деформации достигнут заметной величины, они могут привести к неисправимому браку. Остаточные напряжения могут вызвать не только деформацию сварного изделия, но и его разрушение. Особенно сильно проявляется действие этих напряжений в условиях, способствующих хрупкому разрушению сварного соединения, которое происходит в результате неблагоприятного сочетания концентрации напряжений, температуры и остаточных напряжений. Первые два фактора меньше поддаются изменению, чем остаточные напряжения, поэтому применяют ряд мер по предотвращению и снижению сварочных напряжений и деформаций. [c.97]

Сварочные напряжения возникают в результате неравномерного нагрева и остывания металла в процессе сварки. При перемещении источника тепла вдоль шва металл в зоне наплавки интенсивно нагревается. Смежные участки металла, обладая более низкой температурой, препятствуют расширению нагретого металла и создают в нем напряжения сжатия. При остывании в наплавленном слое возникают остаточные напряжения растяжения, так как окружающий металл тормозит уменьшение его объема. Величина этих напряжений иногда достигает предела текучести металла. При сварке заготовок из низкоуглеродистых сталей возникают в основном остаточные напряжения первого рода, а при сварке заготовок из закаливающихся сталей — напряжения всех трех родов. Сварочные напряжения вызывают остаточные деформации в сварной конструкции, величина которых может быть значительно больше допуска на размеры изделия. Действие сварочных напряжений необходимо учитывать при изготовлении технологической оснастки, так как от этого зависит точность обрабатываемых заготовок и сборки. Сварочные напряжения могут быть уменьшены правильным конструированием изделия, рациональным выбором режима сварки, а также последующей термической обработкой. [c.99]

Рассмотрим процесс образования собственных одноосных напряжений первого рода вследствие неравномерного нагрева и остывания тела. Допустим, что материал детали пластичен. Его диаграмма деформации при испытании на растяжение изображена на фиг. 35, а. Пунктиром показана схематизированная диаграмма, которая построена в предположении, что материал при деформации работает упруго, а при е > ег деформируется совершенно пластично. [c.87]

К напряжениям Г-го рода относят, как правило, внутренние напряжения, вызванные либо неравномерным нагревом и остыванием, либо неравномерной пластической деформацией. Поэтому сварочные напряжения п напряжения, возникающие при газовой и газоэлектрической резке, являются напряжениями 1-го рода. [c.384]

Собственные напряжения первого рода (механические) называются температурными, если они вызваны неравномерным нагревом или остыванием изделия, и остаточными, если возникли в результате пластических деформаций при сварке. [c.857]

Остаточные деформации получаются главным образом в результате возникновения внутренних напряжений при неравномерном остывании черных заготовок и при термообработке, когда неравномерность нагрева и охлаждения деталей приводит к образованию термических напряжений, а неравномерность структурных превращений во времени и по сечению данной детали вызывает структурные напряжения. Остаточные деформации получаются также в результате перераспределения внутренних напряжений, вызываемого удалением слоя металла при обработке снятием стружки, особенно при черновой обработке заготовок. При расчете припусков на обработку предлагаемым методом остаточные деформации под воздействием сил резания не имеют существенного значения в связи с незначительными глубинами резания, а при чистовой обработке деформации под влиянием перераспределения внутренних напряжений ничтожно малы и ими, без ущерба для точности расчета, можно пренебречь. [c.80]

ТЕМПЕРАТУРНЫЕ СОБСТВЕННЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ, тепловые собственные напряжения, термические собственные напряжения— временные собственные напряжения, обусловленные неравномерным нагревом изделия и отвечающие упругим деформациям. При сварке Т. с. н. исчезают после полного остывания изделия. [c.158]

Остаточные напряжения могут быть вызваны неравномерным остыванием отливок (усадочные или литейные). Такие напряжения могут быть созданы также пластической деформацией, закалкой при нагреве т. в. ч. и др. [c.245]

В теоретическом определении остаточных напряжений, возникающих вследствие неравномерных температурных воздействий (при термической обработке, сварке, литье и т. д,), существуют два направления. К первому направлению относятся работы, в которых применен так называемый метод фиктивных сил, сущность которого состоит в использовании температурной кривой в данном поперечном сечении полосы и гипотезы плоских сечений для определения зоны пластических деформаций, возникающих при нагреве. Далее принимается, что последующее остывание должно вызвать появление остаточных напряжений обратного знака. Соответствующую этим напряжениям нагрузку принимают за активную нагрузку, приложенную к полосе. Основные параметры, характеризующие распределение остаточных напряжений, определяют при помощи гипотезы плоских сечений и условия равновесия внутренних сил в данном поперечном сечении полосы. Однако метод фиктивных сил может быть использован лишь в случае применимости гипотезы плоских сечений, т. е. в одномерных задачах. Только в наипростейших случаях двухмерной задачи этот метод может дать достаточно удовлетворительное первое приближение. [c.211]

При отсутствии взаимной -связи волокна после остывания имели бы длину reo (фиг. 36, г). В действительности сечение пластины не искривляется, а остается плоским и занимает положение пп. Заштрихованная площадь выражает остаточные деформации, а произведения относительной деформации на Е — остаточные напряжения от неравномерного нагрева и остывания. Прямая пп проводится из условия, что все внутренние силы взаимно уравновещены, т. е. что сумма заштрихованных площадей эпюры Q = 0. Момент заштрихованной площади эпюры Ms = 0. В этом случае, как и в предыдущем, в зоне наивысшей температуры при нагреве образуются напряжения сжатия, а после остывания — растяжения. [c.91]

Если при нагреве какого-либо элемента температура по его сечению распределяется равномерно или по линейному закону, то нагрев и остывание не вызовут в нем ни временных напряжений в процессе нагрева, ни остаточных напряжений после полного остывания. Если распределение температуры по сечению элемента неравномерно, то вследствие жесткости э.чемента в процессе нагрева в нем будут возникать временные напряжения. Если эти временные напряжения не превзойдут предела текучести материала (при данном виде напряженного состояния и при данной температуре), то к моменту полного остывания температурные напряжения исчезнут, и остаточные напряжения не возникнут. Если же в процессе нагрева или остывания временные температурные напряжения в какой-либо части сечения элемента достигнут предела текучести и появятся пластические деформации, то пос.че полного остывания в элементе будут существовать остаточные напряжения. Таким образом, остаточные напряжения в металле, образовавшиеся в результате температурных деформаций, равны по величине и обратны по знаку напряжениям, исчезнувшим в процессе температурного цикла вследствие протекавших в металле пластических деформаций. [c.210]

Остаточные деформации получаются главным образом в результате внутренних напряжений, возникающих при неравномерном остывании черных заготовок и при термообработке, когда неравномерность нагрева и охлаждения деталей приводит к образованию термических напряжений, а неравномерность структурных превращений во времени и по сечению данной детали вызывает структурные напряжения. Остаточные деформации получаются также в результате перераспределения внутренних напряжений, вызываемого удалением слоя заготовки приобработкеснятием стружки,особеннопри черновых операциях. Для уравновешивания внутренних напряжений прибегают к так называемому вылеживанию деталей между черновой и чистовой ее обработкой, т. е. к естественному старению. Так как процесс естественного старения протекает весьма медленно, то его заменяют искусственным старением, которое заключается в соответствующей термической обработке заготовки. [c.112]

Внутренние напряжения в металле. В металлическом стержне (элементе конструкцип) могут существовать внутренние, или собственные, напряжения, наличие которых не зависит от внешних условий. Эти напряжения возникают, например, как следствие нагрева и последующего неравномерного остывания при прокате профильного металла, а также в результате пластических деформаций, сопровождающих процесс механической обработки металла резанием, при обработке металла давлением и т. п. Особенностью таких напряжений является то, что опи образуют взаимоуравно-вешенную систему сил. [c.16]

Следует отметить, что в паяных деталях из металлов с различными физико-механическими свойствами устранить остаточные напряжения обычными способами, например термически высоким отпуском, невозможно. Действительно, в процессе нагрева собственные напряжения релаксируются. Однако при остывании и неодинаковой деформации в элементах с разными свойствами неизбежно накапливаются упруго-пластические деформации, которые сопровождаются остаточными напряжениями. Таким образом, после окончания отпуска в паяных соединениях этого рода возникнут остаточные напряжения вследствие неравномерного их остывания. [c.174]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...