Напряжения и деформации в других заготовках

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 нём напряжения сжатия. При остывании в наплавленном слое возникают остаточные напряжения растя­жения, так как окружающий металл тормозит уменьшение его объема. Ве­личина остаточных напряжений может достигать предела текучести мета­лла. Эти напряжения приводят к деформациям и короблению сварных сое­динений, величина которых- нередко превосходит допуск на размеры изде­лия. Остаточные деформации зависят от расположения швов, свойств материала, режима сварки, а также от по­следовательности наложения швов.

Снятию или уменьшению сварочных на­пряжений способствуют:

- все мероприятия, применяемые для снятия остаточных напряжений с отливок (см. п. 9.2). При этом следует помнить, что высокотемпературный отпуск (600... 650°С) восстановлению правильной формы изделия не способствует из-за новых де­формаций, которые могут превышать име­ющиеся;

- конструирование сварных соединений со швами, симметричными относительно геометрических осей (рис. 80,а);

- обеспечение правильной последова­тельности наложения сварных швов и выбор необходимой интенсивности сварочных режимов;

- применение последующей термической правки деталей путём мест­ных нагревов или наложения специальных "фальшивых" швов (валиков) и др.

В коварных (штампованных) заготовках и заготовках из прокатанных материалов, благодаря неравномерному деформированию и остыванию различных элементов (например, полок, стенок, ребер и пр.) также возни­кают остаточные напряжения, порождающие при определённых обстоятель­ствах появление остаточных деформаций деталей, изготовленных из этих заготовок или материалов. Остаточные напряжения в заготовках из проката нередко достигают предела текучести. Например, если заго­товку из швеллера разрезать вдоль, то её концы разойдутся (см. рис. .80,б).

Остаточные напряжения возникают (или перераспределяются) в заго­ловках при холодной их правке, которую применяют для устранения ис­кривления заготовок и готовых деталей (таких как гладкие и ступен­чатые валы, планки, пластинки и пр.). При холодной правке заготовка (деталь) получает деформации, противоположные по направлению сущест­вующим (рис. 81, а). Сила Р в средней части заготовки вызывает на­пряжения, непревосходящие предела пропорциональности, а на крайних участках - напряжения выше предела текучести материала. Образуются зоны пластической деформации (см. рис. 81,6).

После снятия силы заготовка упруго деформируется (восстанавливается) под действием напряжений в сред­ней части до наступления нового равно­весия внутренних сил и моментов (см. рис. 81.в). Выправленные заготовки с оставши­мися внутренними напряжениями поступают на механическую обработку. После снятия поверхностных слоев происходят дальней­шие перераспределения остаточных напря­жений и полученные детали иновь деформи­руются. Деформации могут продолжаться неопределённо долго, сказываясь в виде потери точности детали при ей работе в машине. Поэтому при изготовлении ряда деталей, например, таких кок прецессион­ные ходовые винты, холодная правка их в процессе изготовления категорически запрещается, необходимая точ­ность в таких случаях достигается за счёт снятия больших припусков.

Остаточные напряжения в поверхностных слоях металла возникают также в результате наклёпа заготовок и деталей давлением в холодном состоянии - холодной прокаткой, волочением, развальцовкой, калибров­кой отверстий при помощи прошивок, шариков и др.

Снятие поверхностного слоя металла (особенно с одной стороны за­готовки) приводит к перераспределению остаточных напряжений и дефор­мациям детали. Например, прорезание шпоночного паза в длинном вали­ке, изготовленном из холоднотянутого материала, приводит к искривле­нию его оси.

Технологи должны уметь так строить технологический процесс обра­ботки, чтобы остаточные напряжения в готовой детали были минималь­ными.