Презентация на тему: Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»

Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»
1/18
Средняя оценка: 4.3/5 (всего оценок: 16)
Код скопирован в буфер обмена
Скачать (1117 Кб)
1

Первый слайд презентации: Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»

Изображение слайда
2

Слайд 2

ТЕМПЕРАТУРНОЕ ПОЛЕ ИСТОЧНИКА ТЕПЛОТЫ ПРИ СВАРКЕ Распределение температуры в свариваемом металле зависит от мощности теплового источника, физических свойств металла (теплоемкость, температура плавления и др.), размеров свариваемой конструкции, скорости перемещения источника теплоты и т.д. Т 0 – температура окружающей среды q – источник теплоты; V св – скорость сварки; Тпл – температура плавления металла; Тх и Tz – распределение температур по оси Х и Z ; Т махА ; Т махВ ; Т махС – макс. температура нагрева в точках А, В и С; Т y мах – распределение макс. температур вдоль оси У; t махА ; t махВ ; t махС – время достижения макс. температуры в точках А, В и С; Температурное поле, создаваемое источником теплоты в металле сварного изделия

Изображение слайда
3

Слайд 3

Термический цикл сварки Металл в любой точке сварного соединения (Св-С) испытывает нагрев и последующее охлаждение. Изменение Т в какой либо точке Св-С от времени ( t ) называется сварочным термическим циклом (СТЦ) (рис. а и б). Тмах – максимальная Т нагрева в точке Св-С при укладке одного валика при однопроходной сварке; Тмах 1 - … в точке Св-С при укладке первого валика многопроходного соединения; Тмах 2 -......в той же точке Св-С при укладке второго ………; Тмах 3 -..... в той же точке Св-С при укладке третьего ………. а и б – термический цикл однопроходной и многопроходной сварки

Изображение слайда
4

Слайд 4

Параметры сварочного термического цикла Т 0 - температура окр. среды; Тмах – макс. температура нагрева; Тирз – температура интенсивного роста зерна (зависит от хим. состава металла ~ 900-1100 0 С); t ирз – время пребывания выше температуры интенсивного роста зерна, с; t 8/5 - время пребывания в интервале температур 800 – 500 0 С; t 6/5 – время пребывания в интервале температур 600 – 500 0 С, с; t н – время нагрева до максимальной температуры, с; V св – скорость сварки, м/ч; W 6|5 – скорость охлаждения в интервале температур 600–500 0 С/ с. W 6|5 = (600-500)/ t 6/5 = 100/ t 6/5, 0 С/с

Изображение слайда
5

Слайд 5

ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ИСТОЧНИКА ТЕПЛОТЫ НА СВОЙСТВА СВАРНОГО СОЕДИНЕНИЯ (СВ-С) Под действием температурного поля источника теплоты в металле Св-С происходят физико-химические и термодеформационные процессы. Физико-химические процессы при сварке характеризуются фазовыми и структурными превращениями. Полнота и степень этих превращений зависит от параметров СТЦ и химического состава материала 1. Фазовые: а - полиморфные превращения (образование в зависимости от скорости охлаждения перлита, сорбита, троостита, бейнита и мартенсита); б - растворение (при нагреве) и выделение (при охлаждении) новых фаз при изменении растворимости примесей. 2. Структурные: а - рост зерна в условиях сварочного термического цикла; б - рекристаллизация (рост новых зерен в области низких температур).

Изображение слайда
6

Слайд 6

Взависимости от V ОХЛ аустенит переходит в одну из структур с одинаковой природой (феррит + цементит); перлит, сорбит, троостит, бейнит и мартенсит. Мартенсит снижает пластичность металла и может привести к образованию холодных трещин в шве и ЗТВ Размер зерна зависит от: химического состава стали; максимальной температуры нагрева Тмах; времени пребывания ( t ирз) выше температуры интенсивного роста зерна (Тирз) Чем больше t ирз, тем больше размер (площадь) зерна. Крупнозернистая структура приводит к снижению пластичности металла и может стать причиной образования трещин в сварном шве и ЗТВ

Изображение слайда
7

Слайд 7

Влияние термического цикла сварки на структуру и свойства различных зон СВ-С При сварке различные точки Св-С имеют разные СТЦ, Т max, t ирз, V охл. Следствие – в Св-С можно получить слои металла, отличающиеся друг от друга по фазовому составу, структурному состоянию и механическим свойствам Схема строения ЗТВ Св-С при однослойной дуговой сварке низкоуглеродистой стали с содержанием углерода С=0,2%

Изображение слайда
8

Слайд 8

Зона наплавленного металла (СВАРНОЙ ШОВ) – перемешанный в жидком состоянии с основным металлом материал электрода (прис. проволоки) или только основной металл. Литая структура из столбчатых кристаллов ( пониженные прочность и пластичность ). 1. Участок неполного расплавления (околошовная зона ОШЗ) – область (0,1–0,4 мм) с Т = 1530- 1470 °С – переходный от наплавленного металла к основному - проходит граница сплавления Резкий рост зерен, скопление примесей - наиболее слабое место Св-С с пониженной прочностью и пластичностью. 2. Участок перегрева – (0,2… 4 мм) с Т = 1470 – 1100 °С. Крупнозернистая структура, пониженные мех. свойства (пластичность, ударная вязкость). 3. Участок нормализации   — (0,2...4 мм) с Т = 900... 1100 °С. Мелкозернистая структура, механические свойства металла выше, чем у осн. металла.

Изображение слайда
9

Слайд 9

4. Участок неполной перекристаллизации  — (0,3…3 мм) с Т = 700...900 °С. Смесь мелких перекристаллизовавшихся зерен и крупных зерен, которые не успели перекристаллизоваться. Более низкие мех. свойства, чем металл предыдущего участка. 5. Участок рекристаллизации – ( 0,3…5 мм) с Т = 500...700 °С. Рост зерна, огрубление структуры и разупрочнение. 6. Участок старения – (0,4…6 мм) с Т = 300 – 500 °С. Переход от ЗТВ к осн. металлу. Старение из-за выпадения карбидов железа и нитридов – мех. свойства понижаются. 7. Основной металл, который не претерпевал заметных изменений в процессе сварки. Участки 1,2,3,4,5,6 – составляют зону термического влияния (ЗТВ)

Изображение слайда
10

Слайд 10

Ширина ЗТВ зависит от вида, способа и режимов сварки. Чем меньше тепловое воздействие, тем уже ЗТВ. При электрошлаковой сварке ЗТВ - 25 мм и более; при газовой сварке - 15-20 мм; при сварке под флюсом средних толщин - около 10 мм; ручной дуговой сварке - 3–6 мм, при сварке в защитных газах - 1–3 мм; при лазерной и электронно-лучевой – 0,1–0,9 мм. Чем выше скорость нагрева и охлаждения, тем меньше размеры ЗТВ

Изображение слайда
11

Слайд 11

МЕРОПРИЯТИЯ, НАПРАВЛЕННЫЕ НА УЛУЧШЕНИЯ КАЧЕСТВА ЗТВ Протяженная ЗТВ, образование мартенсита и рост зерна снижают качество СВ-С. Эти факторы зависят от вида сварки и параметров термического цикла сварки. 1. Вид сварки Последовательность уменьшения размеров ЗТВ по основным видам и способам сварки: Электрошлаковая → газовая → автоматическая дуговая под флюсом → РДС → дуговая в защитных газах → контактная → плазменная → электронно-лучевая → лазерная. 2. Параметры термического цикла сварки Оптимальную структуру и размер зерна ЗТВ дает идеальный термический цикл. а – идеальный; б – при электродуговой сварке; в – при электронно-лучевой и лазерной сварке Тмах – максимальная температура нагрева; Тирз – температура интенсивного роста зерна. Малое время пребывания выше Тирз сдерживает рост зерна, а медленное охлаждение снижает вероятность образования закалочных структур, что улучшает качество ЗТВ. Необходимо осуществлять подогрев заготовок.

Изображение слайда
12

Слайд 12

ТЕРМОДЕФОРМАЦИОННЫЕ ПРОЦЕССЫ при сварке возникают сварочные деформации и напряжения – причина образования трещин, изменения формы и размеров сварного изделия. Любое силовое или температурное воздействие на тело сопровождается возникновением в нем напряжений и деформаций. Напряжения Деформации Напряжение - сила, отнесенная к единице площади сечения тела: σ= P/F, Внешние напряжения – внеш. нагрузка Собственные (внутренние) напряжения – изменение внутр. температурного сост. Напряжения подразделяются на упругие и пластические. Если уровень напряжений меньше предела текучести металла, напряжения – упругие, если равен или превышает предел текучести металла - пластическими. Деформация - изменение размеров или формы тела в результате приложения внешних сил или изменения температурных условий. Внешние деформации - внеш. нагрузка Собственные (внутренние) деформации - изменение внутр. температурного состояния Деформации подразделяются на упругие и пластические. Деформация упругая, если она исчезает после удаления причин, вызвавших её (напряжения ниже предела текучести) Деформация называется пластической, если она не исчезает после удаления причин, вызвавших её (…….выше предела текучести)

Изображение слайда
13

Слайд 13

Собственные напряжения и деформации, возникающие в результате сварки, называются сварочными напряжениями и деформациями. Основные причины возникновения собственных напряжений в сварных соединениях: 1 - неравномерное распределение температур в металле при сварке; 2 - литейная усадка сварного шва; 3 - фазовые превращения в нагретом металле при сварке. 1. Образование собств. напряжений в результате неравномерного нагрева металла Жесткая связь между нагретыми и холодными участками металла приводит к тому, что расширяющиеся при нагреве и укорачивающиеся при охлаждении слои металла, нагретые до высоких температур, встречают препятствие со стороны холодных слоев. В Св-С возникают собственные напряжения, направленные на преодоление этого препятствия. 2. Образование собств. напряжений в результате литейной усадки сварного шва При затвердевании объем металла шва уменьшается. Ввиду того, что металл шва жёстко связан с основным металлом, остающимся в неизменном объёме, в сварном шве возникают собственные напряжения. Чем меньше количество расплавленного металла, тем меньше значения напряжений.

Изображение слайда
14

Слайд 14

Образование собств. напряжений в результате неравномерного нагрева и литейной усадки 1. Укорочение (усадка) Св-С вдоль оси Х Не нагретая заготовка будет препятствовать сокращению шва (г), после полного остывания он уменьшится не на величину свободного сокращения, а на меньшую величину. В соединении возникнут собственные напряжения. Чем жёстче заготовка, тем больше собственные сварочные напряжения. 2, 3. Укорочение Св-С вдоль осей Y и Z происходит аналогично (Х и У). Распределение температур по оси Z более равномерно, собственные напряжения по толщине меньше, чем вдоль осей Х и У, ими можно пренебречь. б – заготовки и сварной шов, представленные раздельно; в – укорочение  l 1 шва при свободном сокращении; г – совместное сокращение  l 2 Св-С. 1 – свариваемые заготовки; 2 – сварной шов. В – ширина шва. а - сварное соединение;

Изображение слайда
15

Слайд 15

3. Образование собственных напряжений в результате фазовых превращений в металле при сварке Фазовые превращения при сварке вызывают растягивающие и сжим. собств. напряжения: при нагреве углеродистых сталей: феррит → аустенит – объем уменьшается; при резком охлаждении высокоуглеродистых сталей аустенит → мартенсит – объем увеличивается; при сварке низкоуглеродистой стали напряжения от фазовых превращений практически не изменяются; закаливающиеся стали значительно изменяются в объеме из-за фазовых превращений. Образование остаточных напряжений при сварке Напряжения от неравномерного нагрева, литейной усадки сварного шва и от фазовых превращений суммируясь, образуют собственные сварочные напряжения, которые, как правило, превышают предел текучести металла. После полного остывания шов окажется пластически растянутым силой, действующей на него со стороны заготовки, а заготовка будет упруго сжата силой со стороны шва.

Изображение слайда
16

Слайд 16

1 и 3 свариваемые элементы; 2 – сварной шов; ЦТ – совпадающие центры тяжести сварного шва и Св-С; ∆ пр – продольная деформация; ∆ п – поперечная деформация; Рп –поперечная усадка сварного шва; Рпр – продольная усадка сварного шва. Продольные и поперечные деформации происходят при симметричной укладке сварных швов (когда центр тяжести (ЦТ) сварного шва и Св-С совпадают. В результате продольных и поперечных деформаций происходит сокращение сварного изделия по длине и ширине. ОБРАЗОВАНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ ПРИ СВАРКЕ При сварке происходят продольная (вдоль оси Х) и поперечная (вдоль оси У) усадки расплавленного металла сварного шва, результат – деформация сварных изделий. Если возникающие напряжения превышают предел текучести металла, в Св-С возникают остаточные деформации, сохраняющиеся после сварки. 1. Образование д еформаций в плоскости Св-С 1.1. Продольная и поперечная деформации Св-С

Изображение слайда
17

Слайд 17

2. Образование деформаций вне плоскости Св-С 2.1. Угловые деформации -происходят под действием поперечной усадки сварного шва Схема образования угловой деформации стыкового Св-С α – угловая деформация Св-С; е – эксцентриситет; Рп – поперечная усадка сварного шва; Миз – изгибающий момент. Угловые деформации происходят в тех случаях, когда центр тяжести (ЦТ) сварного шва и Св-С не совпадают. В результате образуется эксцентриситет е. Поперечная усадка Рп, действуя на плече е создает изгибающий момент Миз и возникает угловая деформация α (3 –7° от толщины металла).

Изображение слайда
18

Последний слайд презентации: Лекция № 14 «Сварочный термический цикл. Напряжения и деформации при сварке»

2.2. Деформации изгиба - происходят под действием продольной усадки сварного шва Схема образования деформации изгиба при сварке торцевого соединения 1 – торцевой шов; f –стрела прогиба; е – эксцентриситет (расстояние между центрами тяжести сварного шва и Св-С); Рпр – продольная усадка сварного шва; Миз – изгибающий момент. Деформации изгиба происходят в тех случаях, когда центр тяжести сварного шва и Св-С не совпадают. Продольная усадка Рпр торцевого шва 1, действуя на плече е, создает изгибающий момент Миз. Под действием Миз происходит изгиб Св-С, характеризуемый стрелой прогиба f. Величина прогиба балки может достигать 5 мм и более.

Изображение слайда