Напряжения и деформации в сварных конструкциях из титановых сплавов. Тепловые процессы при сварке плавлением, страница 13

Таким образом, снижение трудоемкости изготовления сварных конструкций, повышение механических характеристик и качества, и улучшение технологичности достигаются тем, что пластическая деформация сварного шва производится как при нагреве, так и при охлаждении после сварки до температур на 15…20 °С ниже температуры аллотропического превращения на величину, равную высоте усиления и проплава над толщиной основного металла. При этом исключается одна из самых трудоемких операций – механическое удаление усиления и проплава.

Во-вторых, значительно повышаются механические свойства, в особенности пластичность и усталостная прочность сварных соединений металлов и сплавов.

Литая структура сварного шва существенно снижает его механические характеристики по сравнению с основным металлом. Как холодная, так и горячая пластические деформации не обеспечивают необходимого предела прочности и в особенности пластичности сварного шва.

Пластическая деформация сварного шва и околошовной зоны в интервале температур аллотропического предпревращения как и при нагреве, так и при охлаждении способствует с одной стороны использованию частично эффекта сверхпластичности, с другой – эффекта термомеханического воздействия при преобразовании структуры в момент аллотропического превращения в сварном шве и околошовной зоне. Эти эффекты позволяют значительно повысить прочность и пластические характеристики шва и околошовной зоны сварного соединения металлов и сплавов по сравнению с этими характеристиками основного металла.

Этот эффект улучшения механических свойств (прочность, пластичность, долговечность) появляется и после холодной пластической деформации, и последующих либо горячей деформации, либо термообработки при температурах, близких к температуре аллотропического превращения, с обеспечением скоростного нагрева и охлаждения.

Расширяются технологические возможности сварных конструкций за счет использования имеющегося широко используемого оборудования. За счет исключения операций удаления и усиления проплава сварного шва снижается трудоемкость и улучшаются условия труда. Повышаются механические характеристики: прочность, пластичность и долговечность.

3.4. Деформация сварных конструкций и методы ее устранения

Расчет деформаций сварных изделий труден, а в ряде случаев невозможен. Разработаны методики расчетов для простейших конструкций, которые можно свести к пластинам или балкам /1, 2, 5, 14/. Для наиболее простого случая – однопроходного сварное соединение двух пластин встык – максимально возможная скорость перемещения кромок 2v_max связана с теплофизическими свойствами свариваемого металла и параметрами сварки зависимостью

Фактическая величина поперечной усадки при дуговой однопроходной сварке пластин встык без зазора определяется формулой

                                  (3.4)

Формула (3.4) справедлива для алюминиевых и титановых сплавов толщиной до 15 мм. Формулой (3.4) можно пользоваться при сварке угловых швов. При ЭДС пластин с зазором

Продольные остаточные деформации укорочения при сварке пластин встык, если не возникают деформации изгиба в процессе сварки, определяют, пользуясь методом фиктивных сил, по формуле

где Р_ус – приведенная, так называемая усадочная сила, Н; l – длина свариваемых пластин, см; F – площадь поперечного сечения пластины, см². По Окерблому

                                             (3.5)

где b – коэффициент, зависящий от размерности Р_ус, типа соединения и физических свойств металла.

Для конструкций из алюминиевого сплава АМг6 усадочную силу (при толщине основного металла 5…12 мм) можно определить из следующих зависимостей /13/:

·  в стыковых соединениях при однопроходной сварке

·  в тавровых соединениях такой же толщины с одним угловым швом