Винокуров В. А. - Сварочные деформации и напряжения

В. А. ВИНОКУРОВ

д-р техн. наук

СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ МЕТОДЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ

ИЗДАТЕЛЬСТВО «МАШИНОСТРОЕНИЕ»

Москва 1968

Сварочные деформации и напряжения. Винокуров В. А. 

«Машиностроение», 1968, 236 стр

В книге изложены современные представления об образовании деформаций, напряжений и перемещений, вызываемых сваркой. 

Приведены расчетные и экспериментальные методы их определения и  результаты исследований. Рассмотрен ряд методов уменьшения и  устранения сварочных напряжений и деформаций, нашедших применение в производстве.

Книга предназначена для технологов и конструкторов,  работающих в области сварочного производства; сотрудников  научно-исследовательских институтов и лабораторий, ведущих разработку методов устранения сварочных напряжений и деформаций. Книга может быть полезной аспирантам и студентам сварочной специальности.

Табл. 7. Илл. 147 Библ. 124 назв

ПРЕДИСЛОВИЕ

Сварка как способ соединения материалов получила широкое развитие. Преимущества сварных соединений по сравнению с  другими типами неразъемных соединений весьма значительны. Однако процесс сварки не свободен от недостатков. В процессе сварки  возникают напряжения и деформации, которые в ряде случаев могут оказать отрицательное влияние на качество сварной конструкции.

Во время изготовления сварных конструкций искажаются  проектные формы и размеры изделий, на восстановление которых  затрачивается много труда. Между тем правильное построение  технологического процесса сборки и сварки, а также выбор  рациональных режимов сварки, как правило, позволяют избежать чрезмерных деформаций. Большими возможностями для уменьшения  деформаций располагают также конструкторы.

В условиях эксплуатации остаточные напряжения и  пластические деформации металла могут способствовать уменьшению прочности, коррозионной стойкости, жесткости или точности  сварной конструкции. Обоснованное и грамотное применение методов устранения остаточных напряжений позволяет, с одной стороны, экономно изготовлять сварные конструкции, с другой —  существенно повысить их качество и надежность.

В настоящей монографии изложены современные  представления о термомеханических процессах при сварке, составленные на основе теоретических и экспериментальных исследований  сварочных напряжений и деформаций; рассмотрены существующие  способы их устранения. В книге использованы материалы  исследовательских работ, проведенных в МВТУ им. Баумана, и некоторые результаты исследований других авторов. Ряд пунктов главы I и некоторые пункты других глав базируются на положениях  теории упругости и пластичности, а поэтому для ознакомления с ними требуются некоторые специальные знания. В книге наряду с применяемыми в настоящее время единицами измерения приведены единицы измерения по системе СИ (последние взяты в скобки) в соответствии с ГОСТом 9867—61.

Автор выражает благодарность д-ру техн. наук проф. Г. А.  Николаеву за инициативу в постановке многих исследований, нашедших отражение в книге, а также за помощь и советы в работе над ней. Некоторые исследования проведены автором совместно с д-ром техн. наук проф. С. А. Куркиным и кандидатами техн. наук В. М. Сагалевичем и А. С. Газаряном.

ВВЕДЕНИЕ

Теория сварочных напряжений и деформаций является одним из наиболее сложных разделов науки о сварке, объединяющим вопросы теплопроводности, упругости, пластичности и ползучести металлов в широком диапазоне быстро изменяющихся температур.

В ряде случаев еще не представляется возможным во всей полноте отразить термомеханические процессы, происходящие в металле во время сварки и остывания конструкции. Точные  количественные зависимости не могут быть получены главным образом  вследствие недостаточного развития теории пластичности тел с  переменным модулем упругости и переменным пределом текучести металла в случае перемещающихся полей напряжений. Теория сварочных напряжений и деформаций развивается как приближенная прикладная наука, призванная ответить на некоторые практические вопросы технологии изготовления и  эксплуатации сварных конструкций. Расширение и сокращение металла в процессе нагрева и остывания при сварке сопровождается  образованием деформаций. При этом вследствие неравномерного  нагрева деформации, как правило, не протекают беспрепятственно.

В теле образуются напряжения, которые часто достигают значений предела текучести. Процесс нагружения металла в этом случае сопровождается пластической деформацией. Деформации металла в отдельных точках приводят к образованию перемещений в  сварных конструкциях, в результате чего нарушаются их формы и размеры.

Исторически сложилось так, что в большинстве случаев под названием «сварочные деформации» фактически понимают перемещения отдельных точек сварной конструкции, а не деформации металла, как это рассматривается в теории упругости и пластичности. Несмотря на то, что деформации, напряжения и перемещения между собой связаны, изучение их зачастую производилось обособленно. Это обстоятельство отразилось и на расположении материала в данной книге: вначале рассмотрены деформации и напряжения в металле, а затем перемещения в сварных соединениях и конструкциях.

Деформации и напряжения в металле сварных конструкций влияют главным образом на их прочность, в то время как  перемещения — на технологический процесс изготовления и на  искажение геометрических форм сварной конструкции. Влияние  деформаций, напряжений и перемещений в сварных соединениях и конструкциях на их прочность, жесткость и коррозионную стойкость в научной литературе освещено еще слабо. Подобные  исследования начали развиваться лишь в последние 10—15 лет. Уже в основном разработаны методы определения сварочных  деформаций, напряжений и перемещений, а также технологические приемы их регулирования и устранения. Этим вопросам и посвящена  настоящая монография.