|
| |
|
Слаботочка Книги вольное изменение напряжений весьма мало. Измерения остаточных напряжений с точностью до 10-20 МПа на протяжении даже нескольких лет не показали их существенных изменений. Однако установлено, что в процессе релаксации напряжений при комнатной температуре в сталях с содержанием углерода от 0,025 до 0,39 % начальные напряжения с уровнем 100-200 МПа через несколько лет снизились на 1,5-2,5 %. Такие изменения недопустимо снижают точность высокопрецизионных устройств. Изменение остаточных напряжений во времени может усиливаться от естественного колебания температуры окружающей среды. При более высоких температурах процессы релаксации интенсифицируются. Возможно колебание уровня собственных напряжений из-за разных коэффициентов линейного расширения шва и основного металла в сварных соединениях, что также способствует усилению релаксации. Структурная нестабильность является одной из основных и в ряде случаев существенных причин изменения размеров во времени. Она образуется в металлах, характер структурных превращений в которых зависит от скорости остывания металла в процессе сварки. Аустенитные стали в процессе сварки не испытывают структурных превращений; низкоуглеродистые стали СтЗ, 20 и им подобные слабо реагируют на изменение скорости остывания и завершают структурные превращения у -а при высоких температурах. В этих металлах структурная нестабильность не возникает. Среднеуглеродистые и низколегированные стали 35, 4X13, 25ХГС, ЗОХГСА, 12Х5МА и другие могут иметь в зоне структурных превращений, нагревающейся при сварке выше температуры Л с, (около 800-850 °С), остаточный аустенит, распад которого во времени увеличивает объем металла. Если при сварке в результате очень быстрого переохлаждения аустенит практически полностью превращается в мартенсит (стали 35, 4X13), то с течением времени идет процесс отпуска мартенсита закалки и объем металла уменьшается. Таким образом, при том или ином виде структурного превращения усадочная сила будет уменьшаться (при распаде остаточного аустенита) или увеличиваться (при отпуске мартенсита закалки). Деформации во времени происходят также в сварных соединениях термически упрочняемых алюминиевых сплавов системы А1 - Zn - Mg. В них идут структурные изменения, связанные с распадом пересыщенного твердого раствора цинка и магния. Характер изменения усадочной силы во времени при комнатной температуре, полученный на лабораторных образцах, показан на рис. 8.25, а. У титанового сплава ВТ1 и аустенитной стали 1Х16Н25АМ6, не испытывающих при сварке структурных превращений, а также у стали СтЗ, структурные превращения в которой происходят при высоких температурах, усадочная сила уменьшается из-за пластических деформаций металла в процессе релаксации напряжений. В сталях 4X13 и 35 усадочная сила растет вследствие уменьщения объема металла в зоне, где идет процесс отпуска мартенсита закалки. Повышение температуры до 100 С (рис. 8.25, б) усиливает как пластическую деформацию, так и отпуск мартенсита. Механическая обработка термически необработанных сварных деталей всегда сопровождается необратимыми деформациями и искажением размеров. Эти Искажения происходят либо непосредственно во время обработки, либо в момент съема детали со станка, либо в незначительной мере в процессе вылеживания после механической обработки. Во время механической обработки удаляют металл, в котором были собственные остаточные напряжения. Особенно значительны они в зоне пластических деформаций. Происходит нарушение равновесия внутренних сил. Если известны уровень  S) йРусН ШЗ сталь 33 8 t, мес 1Х16Н25АМ6 СтЗ Рис. 8.25. Изменение усадочной силы с течением времени остаточных напряжений и объем снятого металла, то можно определить АР - изменение силы. Если закрепление детали не мешает ей деформироваться, то изменение размера возникает сразу. При обточке наружной поверхности вала (рис. 8.26, а), сваренного многослойной сваркой, нарушается прямолинейность внутреннего отверстия, обработанного ранее. При обточке цилиндра (рис. 8.26, б) появляется бочкообразность внутренней поверхности вследствие частичного уменьшения окружной усадочной силы. При закреплении детали (рис. 8.26, в, г) сварной шпангоут (рис. 8.26, в) после съема со стола утратит форму правильной окружности, а сварная балка (рис. 8.26, г) частично изогнется и не будет иметь плоской обработанной поверхности. В этих случаях требуется либо перекреплять детали перед финишными операциями (рис. 8.26, в, г), либо производить повторную обработку поверхностей с малыми объемами удаляемого металла (рис. 8.26, а, б). Искажение формы обработанных поверхностей может происходить также в результате различия сил резания на закаленных и незакаленных участках зон неотпущенного сварного соединения. в процессе вылеживания после механической обработки деформирование с течением времени может происходить потому, что перераспределение остаточных напряжений во время механической обработки могло вызвать пластические деформации в отдельных зонах и активизировать процесс релаксации.
 Рис. 8.26. Примеры механической обработки деталей, сопровождающейся их деформацией В процессе эксплуатации изменение размеров происходит под влиянием дополнительного силового воздействия на сварную деталь. Если сумма Оост + достигает предела текучести, возникает необратимая пластическая деформация. Нагружение детали может возникнуть в процессе перевозки и монтажа. Различают нагружение детали статическими и переменными (вибрационными) нагрузками. При статическом нагружении двутавровой Рис. 8.27. Нагружение сварной балки с остаточными напряжениями балки силой Р (рис. 8.27, а), имеющей зоны 7 и 2 (рис. 8.27, б) с остаточными растягивающими напряжениями, близкими к а, рабочие напряжения Opag вызывают пластическую деформацию в зоне 2 и она выключается из восприятия нагрузки. Прогиб балки при этом нагружении происходит так, как если бы сечение балки было без зоны 2 (рис. 8.27, е). При этом 1х> h-- Поэтому при приложении нагрузки возникает прогиб / = Mll (8FIx), а при снятии нагрузки, когда пластических деформаций не будет, про- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 [75] 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 |