Напряжения и деформации при местном нагреве металла

НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПРИ МЕСТНОМ НАГРЕВЕ МЕТАЛЛА [c.95]

Алюминий имеет большой коэффициент линейного расширения, увеличивающийся с повышением чистоты металла и температуры нагрева. Объемная усадка расплавленного алюминия при затвердевании составляет примерно 6,6%, что значительно больше, чем у многих металлов и сплавов. Эти свойства алюминия приводят к большим внутренним напряжениям (или деформациям) при местном нагреве, который является характерным для сварки. Кроме того, большая усадка отрицательно влияет на формирование шва. В конце шва после обрыва дуги образуется глубокий кратер, возможно также появление трещин. [c.21]

Иногда возникает необходимость получения значительной толщины поверхностного слоя (2—8 мм), что обусловливает увеличение количества тепла, вводимого в деталь при наплавке. Это приводит к большим напряжениям и деформациям, вызываемым местным нагревом деталей, чем при пайке твердыми припоями. В результате их воздействия по промежуточному слою между основным и наплавленным металлом может происходить расслоение. [c.137]

Это приводит к большим напряжениям и деформациям, вызываемым местным нагревом деталей, чем при пайке твердыми припоями. В результате их воздействия по промежуточному слою между основным и наплавленным металлом может происходить расслоение. [c.142]

Образование остаточных напряжений и деформаций при сварке вызывается одной и той же причиной, именно появлением внутренних усилий при местном нагреве металла до пластического состояния. Оба эти явления находятся во взаимной связи между собой, но (проявляются при сварке конструкций в различной степени и во многих случаях в противоположных направлениях. [c.613]

Неравномерное нагревание и охлаждение вызывают тепловые напряжения и деформации. При сварке происходит местный нагрев небольшого объема металла, который, расширяясь, воздействует на близлежащие менее нагретые слои металла. Напряжения, возникающие при этом, зависят главным образом от температуры нагрева, коэффициента линейного расширения и теплопроводности свариваемого металла. Чем выше температура нагрева, а также чем больше коэффициент линейного расширения и ниже теплопроводность металла, тем большие тепловые напряжения и деформации развиваются в сваривае-мов шве. [c.59]

Напряжения и деформации при наплавочных работах. При наплавочных работах, вследствие большого количества наплавляемого металла и значительного местного нагрева могут возникать внутренние напряжения и деформации, превосходящие напряжения при сварке. [c.37]

Рис. 43. Схема развития деформаций и напряжений при местном нагреве металла при исключении его свободного теплового расширения а — нагреваемый образец б — условное поле распределения температур при нагреве в—связь деформаций и напряжений при нагреве и охлаждении образца со значениями его предела текучести сжатия и растяжения в зависимости от температуры

Применение того или иного метода восстановления работоспособности конструктивных элементов помимо факторов, обусловленных объемом ремонтного фонда, определяется видом материалов, из которых изготовлены элементы, их геометрическими характеристиками, условиями работы в машине, факторами технологического характера. К технологическим факторам обычно относят наличие и вид термической или химико-термической обработки материала элемента наличие на поверхности детали специального покрытия или слоя металла со специальными свойствами допустимость местных нагревов и возникающих при этом остаточных напряжений и деформаций и т. п. [c.128]

Таким образом, на стадиях проектирования, изготовления и монтажа сварных конструкций необходимо принимать меры по уменьшению влияния сварочных напряжений и деформаций. Нужно уменьшать объем наплавленного металла и тепловложение в сварной шов. Сварные швы следует располагать симметрично друг другу, не допускать, по возможности, пересечения швов. Ограничить деформации в сварных конструкциях можно технологическими приемами сваркой с закреплением в стендах или приспособлениях, рациональной последовательностью сварочных (сварка обратноступенчатым швом и др.) и сборочно-сварочных операций (уравновешивание деформаций нагружением элементов детали). Нужно создавать упругие или пластические деформации, обратные по знаку сварочным деформациям (обратный выгиб, предварительное растяжение элементов перед сваркой и др.). Эффективно усиленное охлаждение сварного соединения (медные подкладки, водяное охлаждение и др.), пластическое деформирование металла в зоне шва в процессе сварки (проковка, прокатка роликом, обжатие точек при контактной сварке и др.). Лучше выбирать способы сварки, обеспечивающие высокую концентрацию тепла, применять двустороннюю сварку, Х-образную разделку кромок, уменьшать погонную энергию, площадь поперечного сечения швов, стремиться располагать швы симметрично по отношению к центру тяжести изделия. Напряжения можно снимать термической обработкой после сварки. Остаточные деформации можно устранять механической правкой в холодном состоянии (изгибом, вальцовкой, растяжением, прокаткой роликами, проковкой и т.д.) и термической правкой путем местного нагрева конструкции. [c.42]

Предварительный подогрев изделия (полный или частичный) снижает разность температур между сварочной ванной и более холодными частями основного металла. Это уменьшает напряжения и деформации металла от местного неравномерного нагрева при сварке и уменьшает скорость охлаждения. Данный способ применяют при ремонтной сварке отливок из чугуна, бронзы и алюминия, а также при сварке высокоуглеродистых и легированных сталей, склонных к закалке и трещинообразованию. Способ требует специальных устройств для подогрева деталей горнов, печей, индукторов и пр. [c.104]

Возникновение остаточных напряжений. Для уяснения процесса возникновения остаточных напряжений рассмотрим следующие примеры. В стальном листе 1 (рис. 20, г) значительной толщины сделан вырез. В этот вырез плотно вставлен стержень 2. При местном нагреве стержень не сможет удлиняться, так как его концы упираются в края выреза, поэтому в нем будут возникать сжимающие напряжения. При увеличении этих напряжений до предела текучести нагретого металла стержень будет претерпевать пластическую деформацию сжатия, в результате чего он станет толще. При последующем остывании стержень начнет укорачиваться, и между его концами и краями выреза появится зазор, равный величине, предшествующей продольной пластической деформации сжатия. В этом случае остаточных напряжений в стержне не будет в нем сохранится лишь остаточная пластическая деформация сжатия. Если вырез в листе сделать так, чтобы стержень 2 составлял одно целое с листом (рис. 20, д), то при нагреве стержня и последующем его остывании в нем появятся остаточные растягивающие напряжения, так как возможность свободного укорочения стержня в этом случае исключена. Вместе с тем в напряженном состоянии окажутся и участки листа, расположенные по другую сторону выреза, причем эти участки будут находиться в состоянии сжатия. [c.38]

В некоторых случаях, например для изделий больших габаритных размеров, общий подогрев заменяется местным. Такой подогрев необходимо выполнять с большой осторожностью. Необходимо также, по мере возможности, обеспечить свободное расширение и усадку металла в местах нагрева и плавный температурный режим и переход. Здесь неправильный режим подогрева сильнее влияет на рост дополнительных внутренних напряжений и деформаций, чем при общем подогреве. Для металла большой толщины и сложной формы местный подогрев малоэффективен и даже вреден. Охлаждение после наплавки или сварки должно быть медленным и равномерным. [c.42]

Деформации и напряжения, возникающие при местном нагреве, определяются тем, что нагревающийся и охлаждающийся после этого металл не может свободно удлиняться и сокращаться. В простейшей схеме нагрева (рис. 43, а, 6) с температуры То до например, круглого стержня диаметром 6. на длине 1-, должно произойти тепловое удлинение [c.95]

Специфика процессов сварки, при которой изделия подвергаются сильному местному нагреву, вызываюш ему неравномерное распределение теплового потока, требовала глубокого изучения температурного состояния металла при сварке. Исследование распределения температуры в элементах конструкций при сварке имело огромный теоретический и практический интерес, так как сосредоточенный и непрерывно изменяюш ийся нагрев вызывал внутреннее напряжение и остаточные деформации в конструкциях, а в ряде случаев приводил к их короблению. [c.138]

Большие значения опасны для изделий, так как это ведет к появлению значительных внутренних (температурных) напряжений в нагреваемом изделии. Поверхностные слои изделия, нагретые до более высокой температуры, стремятся расшириться больше, чем центральные, имеющие меньшую температуру. Вследствие этого поверхностные слои принудительно растягивают внутренние. Это приводит к появлению растягивающих напряжений в центральных слоях. В свою очередь центральные слои, сопротивляясь вытягиванию, несколько сжимают внешние слои и вызывают в них сжимающие напряжения. В результате при сравнительно небольшом значении At эти напряжения уравновешиваются. Однако разность напряжений растяжения и сжатия получается иногда существенной, и она, превосходя предел текучести, может вызвать местную и общую пластическую деформацию детали внешним проявлением этого могут быть коробление, изгиб, а когда разность напряжений превысит предел прочности могут быть и трещины. Чем больше скорость нагрева металла, тем больше перепад температур и тем значительнее возникающие при этом температурные напряжения. Поэтому скорость нагрева должна быть такой, при которой не получаются большие значения At и напряжения. [c.164]

Местный низкотемпературный отпуск. При таком отпуске участки металла, находящиеся по обе стороны зоны сварочных пластических деформаций, нагревают до температуры 150 — 250° С. Нагрев осуществляют движущейся газовой горелкой или индуктором и непосредственно после нагрева металл охлаждают водой. Такой термической обработкой достигается перераспределение и снижение растягивающих сварочных напряжений. [c.229]

К напряжениям первого рода относятся, например, напряжения, возникающие при неравномерном нагреве и охлаждении металла во время сварки, наплавки, тепловой резки или обработки пламенем. К ним также относятся напряжения, вызванные местной закалкой напряжения, вызванные неоднородной (местной) пластической деформацией под действием внутренних или внешних сил. [c.36]

Превращения при сварке протекают в обстановке непрерывного изменения температуры, деформаций и напряжений вследствие интенсивного местного неравномерного нагрева металла. Оценка изменения температуры при сварке плавлением в настоящее время не представляет затруднений. Для этой цели широко используются методы инженерных расчетов тепловых процессов, разработанные в СССР H.H. Рыкалиным и его школой [22—24]. Основные выводы теории тепловых процессов и ее расчетные методы заложены в основу анализа особенностей превращений в сплавах титана и при разработке системы критериев расчета режимов их сварки. [c.18]

Деформация листов и вырезаемых деталей. Деформация листа и вырезаемой из него детали обусловлена значительной величиной внутренних напряжений, вызываемых местным нагревом при резке. Как и при сварке, величина возникающих в металле напряжений определяется характером температурного поля, величиной температуры и градиента ее изменения в направлении линии реза и поперек нее, а также жесткостью разрезаемого листа. [c.391]

Контакт жидких припоев с паяемым металлом при наличии в нем заметных растягивающих напряжений приводит к местному образованию трещин. Подобные случаи разрушения наблюдались при пайке фосфористых бронз, кремниевых бронз, латуней, медноникелевых сплавов и других медных сплавов, особенно способных к большой пластической деформации и наклепу. Для устранения склонности к образованию самопроизвольных трещин при пайке (преимущественно при высокотемпературной пайке) необ ходимо снимать в паяемых изделиях остаточные локальные растягивающие напряжения, образующиеся в результате особенностей конструкции изделий, их неравномерного наклепа, нагрева и охлаждения. [c.267]

Пластические деформации металла и деформационное старение относятся к наиболее сильным отрицательным факторам, вызывающим хрупкость при понижении температуры в случае, если они происходят в неблагоприятно ориентированных концентраторах напряжений, расположенных в зоне нагрева от сварки. К неблагоприятно ориентированным относятся концентраторы, плоскость которых расположена перпендикулярно направлению главной деформации удлинения. Это, например, непровары в перпендикулярно пересекающихся стыковых швах, непровары в корне многослойных швов, где концентрируются пластические деформации по мере укладки слоев, это стыки двух не сваренных между собой элементов, пересекаемые перпендикулярными швами, концы фланговых швов в зоне перехода стержневого элемента к косынке, места остановки процесса сварки, в которых возник непровар, плоскость которого перпендикулярна оси шва, места пересечения соединений с неполностью проваренными швами. К неблагоприятно ориентированным концентраторам относятся также линии перехода от шва к основному металлу и непровары в тех случаях, когда на некотором небольшом расстоянии от них параллельно укладываются короткие швы, поперечная местная усадка которых вызывает концентрацию пластических деформаций. [c.167]

Свойства бронзы, в том числе ее свариваемость, определяются основными легирующими добавками. Газовая сварка оловянистых бронз затруднена из-за выгорания некоторых компонентов, особенно олова. Олово из состава бронзы выделяется при нагреве до температуры 500—600°С, которое при сгорании на поверхности ванны расплавленного металла образует пену, в результате чего шов получается пористым со сниженными механическими характеристиками. Бронза теряет вязкость и становится хрупкой при нагреве выше 500°С. Появление больших внутренних напряжений и возникновение трещин может произойти от неравномерного. нагрева изделий при сварке. Поэтому для понижения или полного устранения сварочных напряжений и деформаций при сварке изделий из литой бронзы необходим местный или общий подогрев до температуры 500—600°С. Не рекомендуется поворачивать и поднимать изделие в процессе сварки, так как в нагретом состоянии изделие может разрушиться. В связи с окислением олова в процессе сварки в присадочной проволоке олова долж1НО (быть на 1—2% больше, чем в основном металле. Наличие в составе проволоки раскислителей, например фосфора, улучшает свойства сварного шва. В качестве такого присадочного металла рекомендуется бронза Бр.ОФ 6,5—0,4. [c.138]

Сила резания. Слой материала, подлежащий удалению, при обработке заготовки претерпевает в процессе подхода к зоне резания последовательно нагрев и охлаждение, приводящие к измененик> его структуры, появлению термических напряжений и деформаций. Эти явления имеют место и при фрезеровании с плазменным нагревом. При попутном фрезеровании (рис. 82) в момент касания зуба с растянутой поверхностью нагретого металла заготовки возникает местная упругая разгрузка, а далее, по мере уменьшения угла tl3, — дальнейшее врезание зуба в предварительно нагретый да [c.149]

Процесс вальцовки труб поверхностей нагрева проводят в три этапа раздача трубы до соприкосновения ее с поверхностью трубного отверстия, раздача гнезда и окончательная подвальцовка и отделка. Сцепление трубы со стенкой барабана (камеры, трубной доски) происходит на втором этапе в результате пластической деформации трубы. При этом материал трубы уплотняется в радиальном направлении и удлиняется в осевом. Аналогичные деформации наблюдаются также в металле стенки барабана, примыкающем к трубному отверстию. Раздача гнезда происходит при напряжениях в трубе и стенке барабана, превышающих Сто,2 металла. Уплотнение металла вокруг трубного отверстия носит местный характер и при шаге трубных отверстий (1,8- 2)Z) не сказывается на работе металла барабана. Однако местные перенапряжения при известных условиях могут быть причиной местных повреждений металла при эксплуатации. При недостаточном расстоянии между отверстиями разрушение металла может произойти вследствие перенапряжений при раздаче гнезда. [c.305]

На кинематическую схему станка существенное влияние оказывает межосевое расстояние от индуктора до нажимного ролика. При оптимальном значении температуры нагретой зоны, чем больше это расстояние, тем меньше нагрузка на станок, и наоборот. При гибке труб на малые радиусы = 1,5й ) это расстояние берется минимальным при этом нагрузка на станок увеличивается. Если в целях снижения нагрузки на станок требуется увеличить температуру нагрева металла в зоне изгибаемой трубы сверх оптимальной, то в этом случае не только нарушится структура металла трубы и изменятся ее прочностные свойства, но и увеличится эллиптичность, возрастет утонение наружной и утолщение внутренней стенок трубы. Кроме того, за счет резкой деформации и концентрации напряжений в стенках трубы в начальной зоне гибки происходит ррез или местное смятие трубы. [c.130]

Местное расплавление металла детали (основного и присадочного) вызывает изменение химического состава наплавленного слоя и микроструктуры детали в близлежащих слоях, т. е. в зоне теплового влияния, размеры которой зависят от вида, режима сварки и толщины свариваемого металла. Чем выше скорость сварки, тем меньше зона теплового влияния Так как при газовой аплавке интенсивность нагрева меньше, чем при наплавке в электрической дуге, то и зона теплового влияния будет больше из-за неравномерного нагрева деталей при аплавке возникают внутренние напряжения после сварки, которые очень снижают усталостную прочность и вызывают деформацию детали. Внутренние напряжения снимают при термической обработке детали. [c.23]

Условием возникновения внутренних остаточных напряжений термического происхождения, как это сформулировал И. А. Одинг [1], является неоднородность объемных изменений металла при охлаждении. Один из наиболее ярких примеров, иллюстрирующих это положение, представляет собой рассматриваемое явление. Пластическое сжатие металла в зоне задевания во второй стадии можно считать объемной неоднородностью , которая приводит к образованию внутренних остаточных напряжений. Местное уменьшение размеров этой зоны при охлаждении представит собой как бы дополнительную упругую связь, вызывающую дополнительный изгибающий момент реакции возвращению детали к исходной форме. Можно заметить, что при полном охлаждении внутренние остаточные осевые напряжения на наружной поверхности зоны задевания будут растягивающими. Асимметричность их распределения согласуется с направлением выпуклости, обратной деформации детали. Максимальные растягивающие напряжения -Ьзосттах возникают на поверхности задевания. Величина их различна и зависит от температуры местного нагрева и жесткости детали. В практике наблюдались случаи задевания с образованием трещин разрушения [c.68]

С увеличением радиуса зоны пластических деформаций возрастает величина и сектор действия сжимающих остаточных напряжений. Поэтому при нагреве значительных полос металла вблизи концентратора напряжений наблюдается дальнейшее повышение пределов вьшосливости [7], а также стабилизация остаточных напряжений. Согласно опытам Г. К. Евграфова и В. О. Осипова [6] устойчивые результаты получаются при нагреве зоны металла вдоль всего прикрепляемого элемента. Опыты проводили на пластинах с приваренными планками и ребрами, а также на двутавровых балках с наплавками. Полосу металла вдоль приварок нагревали до 300—350 °С пламенем газовой горелки, перемещающейся с определенной скоростью на расстоянии 30—60 мм от соединения или наплавки. Такой нагрев надежно обеспечивал перераспределение остаточных напряжений. Вместо высоких растягивающих остаточных напряжений в соединении создавались сжимающие остаточные напряжения, а растягивающие остаточные напряжения переносились в зону нагрева, не имевшую концентраторов напряжений. После местного нагрева пластины толщиной 10 мм и шириной 130—200 мм с приваренными планками и продольными ребрами повышали долговечность при асимметричном цикле (оп,т=3,8 -ь -г-4,4 кгс/мм и ffmax= 15,0 17,0 кгс/мм ) до 7 раз. [c.137]

При дальнейшем нагреве до температуры Т, они достигают предела текучести (точка А на рис. 58,6), вызывая в процессе повышения температуры до Т уже пластическую деформацию сжатия стержня (линия А-Б). Появляется текучесть металла и <1 + М будет больше, чем d + М в предыдущем случае. Если прекратить нагрев, то при охлаждении напряжения сжатия снижаются (прямая 2), а после их снижения до нуля начнется сокращение длины стержня до точки В (рис. 58,6). Диаметр стержня в том месте, где происходил местный нагрев, увеличится, а длина сократится на величину (А///о) Т2, отмеченную на оси деформаций. К концу полного охлаждения стержень получит остаточную деформацию А/д, которая определяется по формуле А/о = а/оАТ, т.е. остаточное укорочение пропорционально термическому линейному коэффициенту о, длине стержня 0 и температуре нагрева АТ. Остаточных напряжений в металле стержня нет, тгис как он после нагрева со стесненным расширением свободно охлаждался. [c.78]

Всякому усталостному разрушению, как известно, предшествует подготавливающая его местная пластическая деформация, приводящая по мере накопления числа циклов к разрыхлеида металла, нарушению его сплошности, затем к появлению микротрещин. В процессе хрупкого разрушения такая деформация сильно локализуется в элементарных объемах и достигает критического значения в узкой зоне зарождения и распространения трещины, являющейся выраженным концентратором напряжений. Местоположение и масштабы указанной зоны определяются неоднородностью накапливания усталостной повреждаемости в микрообъемах. При термоциклическом нагружении до уровня, в целом меньшего предела текучести, часть мягких зерен металла, имеющих благоприятную ориентировку для активации скольжения, может претерпевать циклическую деформацию за счет перемещения свободных дислокаций [80]. Значительные температурные градиенты, возникающие в металле при нагреве и охлаждении, вызывают внутренние напряжения, резко меняющиеся как от точки к точке, так и в каждой точке во времени. При этом, с одной стороны, усиливается неоднородность накапливаемой усталостной повреждаемости, с другой — возникает присущая термической усталости многоочаговость разрушения. Циклические перепады температуры на 70 °С в стенке экранной трубы, изготовленной из углеродистой стали, могут вызвать ее разрушение при числе циклов менее 6-10 [82], а при нарушении нормального режима кипения в экранных трубах котлов с давлением 15,5 МПа возможны в 1,5—3 раза большие колебания температур. [c.86]

Чугуны серый, ковкий и высокопрочный можно сваривать присадочной проволокой из латуни Л62, имеющей температуру плавления 850— 900 С, т. е. ниже температуры плавления чугуна, равной ПОО—1250 С. Сварку ведут без подогрева детали или с местным подогревом. Шов будет достаточно пластичен и прочен, так как латунь пластична и лучше чугуна сопротивляется растяжению и ударам. Чугунная деталь при этом способе сварки не подвергается сильному нагреву, поэтому в ней не возникают опасные деформации и напряжения. Наконечник при сварке чугуна латунью рут мощностью пламени 60—75 дмЧч ацетилена на 1 мм толщины металла. Угол раскрытия шва 70—80 . Применяют флюс состава (%) прокаленной буры 70, поваренной еоли 20, борной кислоты 10. [c.122]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...