Напряжения и деформации в сварных конструкциях из титановых сплавов. Тепловые процессы при сварке плавлением, страница 4

Рис. 3.2. Температурные поля предельного состояния при сварке металла с разными термофизическими свойствами (b= 1 см; v_св = 0,2 см/с; а = 4200 Вт) /22/: а - титан технический;б - сталь малоуглеродистая; в - алюминий; г - сталь хромоникелевая; д – медь

Применяли четыре режима сварки, отличающиеся затратами погонной энергии при сварке:

Номер режима	1	2	3	4
q/vсв	1,25	4,43	7,98	12,54

Термические циклы, определенные по этим данным методом расчета, свидетельствуют о том, что скорость охлаждения титана в зоне термического влияния может изменяться в широких пределах. В интервале температур b®a-превращения (950…600 °С) скорость охлаждения изменяется от нескольких до десятков градусов в секунду в зависимости от режима сварки и толщины металла. Время пребывания околошовных участков ЗТВ в области высоких температур (область высокотемпературной b-фазы) особенно возрастает при погонной энергии более 8 кДж/см.

а)                                                             б)

Рис. 3.3. Термические циклы в околошовной зоне титанового сплава ОТ4: а – участок перегрева (крупного зерна) (1 – q/v = 1,25 кДж/см; 2 – 4,43 кДж/см; 3 – 7,98 кДж/см; 4 – 12,54 кДж/см); б – на разных участках зоны при q/v = = 4,43 кДж/см (1 – участок крупного зерна; 2 – участок полной пере-кристаллизации; 3 – граница между зоной и основным металлом)

Для оценки основных параметров термического цикла точек ЗТВ широко используют расчетные методы теории тепловых процессов при сварке. Для массивного тела при наплавке валика максимальные температуры в околошовной зоне на расстоянии  от оси шва приближенно можно оценить, используя зависимость /22/

где  Т₀ – начальная температура тела, °С.

Мгновенная скорость охлаждения в точке околошовной зоны, находящейся при температуре Т,

Длительность нагрева металла выше заданной температуры определяется выражением

где f₃– коэффициент, который выбирается по номограмме (рис. 3.4) /18/ в зависимости от безразмерного параметра .

При сварке листов встык за один проход или наплавке валика на лист небольшой толщины максимальная температура в точке околошовного участка зоны термического влияния, удаленной от центра шва на расстояние у, приближенно оценивается по зависимости

Рис. 3.4. Номограмма для расчета длительности нагрева металла

выше заданной температуры:

а – при наплавке валика на массивное тело;

б – при однопроходной сварке встык

В этом  случае

,

где коэффициент f₂определяется аналогично f₃ по номограмме.

3.2. Методы оценки сварочных напряжений

Каждая технологическая операция изготовления конструкций из металлов и сплавов сопровождается накоплением или перераспределением остаточных напряжений, которые могут оказывать существенное влияние на эксплуатационные характеристики изделий. Особенно неблагоприятны остаточные растягивающие напряжения, суммирование которых с эксплуатационными напряжениями может привести к разрушению или образованию трещин в конструкциях.

В состоянии поставки листы из титановых сплавов, как правило, имеют остаточные напряжения. Любая операция, будь то механическая фрезеровка окон, размерное травление или химфрезерование, вызывает коробление заготовок из-за перераспределения остаточных напряжений в листе. В практике часто наблюдаются случаи коробления заготовок, изготовленных из поковок, плит, штамповок. В плитах из титановых сплавов остаточные напряжения могут достигать 500 МПа, что соизмеримо с уровнем эксплуатационных напряжений, действующих в конструкции.