20767

Определение остаточных деформаций при дуговой сварке

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

Для выполнения работы необходимы стальная пластинка размерами 135x22x5 мм марки СтЗ штангенциркуль два индикатора часового типа с приспособлениями для измерения длины и пригиба пластины электроды сварочный пост дуговой сварки с вольтметром и амперметром для регистрации сварочного тока весы с разновесами 0200 г секундомер. Для момента конца сварки заменяем действительное почти экспоненциальное распределение температуры по ширине образца рис. Часть I шириной b находится в состоянии повышенной пластичности часть II шириной h в течение...

Русский

2013-07-31

85.43 KB

4 чел.

Лабораторная работа №17

Определение остаточных деформаций при дуговой сварке

Цель работы: ознакомление с деформированием стальной пластины при наплавке валика на ее кромку, измерение возникающих деформаций и расчет появляющихся напряжений.

Оборудование и материалы. Для выполнения работы необходимы стальная пластинка размерами 135x22x5 мм марки СтЗ, штангенциркуль, два индикатора часового типа с приспособлениями для измерения длины и пригиба пластины, электроды, сварочный пост дуговой сварки с вольтметром и амперметром для регистрации сварочного тока, весы с разновесами 0-200 г, секундомер.

Общие сведения

В связи с местным характером нагрева при сварке всегда возникают остаточные деформации и напряжения в конструкции (рис.4.16). Для лучшего понимания механизма их возникновения сделаем некоторые допущения, не влияющие на окончательные результаты. Для момента конца сварки заменяем действительное (почти экспоненциальное) распределение температуры по ширине образца (рис.4.17, а) ступенчатым распределением (рис.4.17, б). Такое распределение принято на основании зависимости предела текучести стали от температуры. Начиная с 600 °С и выше сопротивление стали пластическому деформированию понижается, она становится более пластинчатой.

Рис. 4.16. расположение зон терми-                      Рис.4.17. Схема действительного (а)

ческого воздействия: I – температурного;          и условного (б) распределения температур в                     I I – теплового                                                           сварной конструкции

Таким образом, мы условно разделяем пластину на две части. Часть I шириной b находится в состоянии повышенной пластичности, часть II шириной h в течение всего процесса сварки остается в упругом состоянии. В части I температура в процессе сварки Т > 600 °С, во второй части Т < 600°С и условно приравнивается к комнатной температуре

От температурного воздействия электрической дуги и наплавляемого металла при наплавке валика на кромку пластины волокна части I образца приобрели бы новую длину 1р, рассчитываемую по формуле

lт =l о [1 + β(T-T0)], где lo — исходная длина пластины при Т = T0.

По принятому допущению длина волокон образца части не изменится.

В действительности же части I и II связаны между собой, и поэтому часть II препятствует удлинению волокон части I и обе они приобретают какую-то промежуточную длину. Максимальная длина волокна части I выразится, как lт’ . Разность lт - lт’ соответствует пластической деформации, которую принимает I часть в процессе нагрева. Следовательно, при нагреве она находится под действием сжимающих напряжений, а часть II — под действием растягивающих (рис.4.18).

В ходе наварки валика на кромку пластины и перехода наплавленного металла из жидкого состояния в твердое при свободной усадке и дальнейшем охлаждении волокна части I приняли бы длину lт’. В действительности обе части принимают какую-то промежуточную длину, так как упругая часть II препятствует явлениям свободной усадки в части I (рис.4.19). В результате остывания образца в части I останутся растягивавшие напряжения, а в части II — сжимающие, деформирующие сварную конструкцию.

Рис.4.18. Схема изменения     Рис.4.19. Схема изменения длины

длины волокон при ведении      волокон после охлаждения

сварки          сварного шва

После наварки валика на грань пластина принимает форму, показанную на рис.4.20. Деформация образца способствует продольная усадка наплавленного металла валика.

Так как волокна части II образца остаются в течение -сварки в упругом состоянии, то, принимая за основу данные измерений, можно рассчитать нормальные напряжения а в них по закону Гука:

σ=E·ε=E·∆l/l, где l — удлинение образца, м; I — первоначальная длина образца, м; Е — модуль упругости; для малоуглеродистой стали Е = (2-2,1) • 105 МПа.

Рис.4.20. Деформация конструкции после сварки

Порядок проведения работы

  1.  Измеряем длины волокон и пригиб стальной пластины до и после наварки валика.
  2.  Измеряем массы пластины до и после сварки.
  3.  Измеряем напряжение и силу тока при сварке.
  4.  Измеряем основное время сварки.
  5.  Исследуемый образец имеет прямоугольное поперечное сечение и обе его торцевые грани накернены через определенные интервалы (рис.4.16). Керновые метки (1, 2, 3) попарно на одной и на другой торцевых гранях образца определяют продольное волокно образца. Расстояние между одной парой кернов считается длиной данного волокна и ее изменение в процессе сварки изме-ряется при помощи приспособления, снабженного индикатором часового типа (рис.4.21).

  Исходные длину I, ширину В и толщину S пластины измеряют штангенциркулем, затем определяют длину регистрируемых волокон по кернам с помощью индикатора. Индикатор не позволяет измерить абсолютного размера, а определяет только отклонение от определенного исходного положения. Для этого устанавливают пластину парными кернами в приспособление и фиксируют расположение шкалы при измерении первого волокна специальным винтом. При дальнейших измерениях длины других волокон до и после сварки расположение шкалы изменять не следует. Для увеличения точности измерений каждое из них надо повторить три раза, поворачивая образец в креплениях приспособления и принимая за ось измеряемое волокно. Длина волокна после сварки сравнивается с его длиной до сварки по тем же парным кернам. Отклонения l могут быть положительными, если измеряемое волокно после сварки окажется длиннее, и отрицательным, если измеряемое волокно после сварки окажется короче:

l = αcp. c - αср,

Рис.4.21. Схема контрольных

измерений длины волокон образца

где αcp. c — среднее показание по индикатору после сварки, м; αcp — среднее показание по индикатору до сварки, м.

Длина волокна после сварки lд находится из выражения

Lд = l + l.

6.Прогиб пластины f измеряют в соответствующем приспособлении с индикатором часового типа (рис.4.22). Прогиб пластины в процессе сварки находится как разность показаний индикатора до сварки и после сварки:

f=f2- f1

7.Перед и после сварки производится взвешивание образца для определения массы наплавленного металла. Все данные вносятся в таблицу лабораторных измерений.

Рис.4.22. Измерение деформаций

образца до и после сварки

Сварка осуществляется учебным мастером. После наплавки валика образец охлаждается в естественном режиме до температуры окружающей среды, а затем выполняют соответствующие измерения, предварительно удалив со шва шлак.

8. Определяем высоту наплавленного валика bн (рис.4.23):

где G — масса наплален-

ного металла GH = С2 G1, кг; G2 — масса пластины после сварки, кг; G1 — масса до сварки, кг; ρ — плотность наплавленного металла, для стали ρ = 7,8 • 103 кг/м3; lШ — длина сварочного шва, м.

9. Размер зоны образца b', где при сварке температура основного металла будет выше или равна 600 °С:

где Т = 600 °С — температура границы зоны b'; qи = UдIдη — эффективная мощность дуги,  Вт; Uд — напряжение сварочной дуги, В; Iд— сварочный ток, А; η = 0,7-0,8 — эффективный к.п.д. нагрева основного металла дугой; λ — коэффициент теплопроводности металла, для малоуглеродистой стали λ = 40-50 Вт/(м·град); S — толщина пластины, м; е = 2,718 — основание натурального логарифма; Vcв = lш/tосн — скорость сварки, м/с; 1Ш — длина шва, м; tосн — основное время сварки, с; а — коэффициент температуропроводности металла, для малоуглеродистой стали а = (0,07-0,1) 104 м2/с.

Общая ширина зоны, в которой температура во время сварки выше 600 °С

b = bн + b'.

Ширина зоны пластины, в пределах которой температура ниже 600 °С

h = B-b'.

  1.  Рассчитываем абсолютную и относительную деформации образца по волокнам №1, 2, 3:

l = αср.р - αср = ∆l /l.

  1.  Для осевой части пластины (волокно №2) определяем относительную деформацию по формуле

εo= - σтb/BE

где знак минус означает сжимающие напряжения; σт — предел текучести малоуглеродистой стали, равный 200-240 МПа; В — ширина образца.

  1.  Напряжения, которые возникают в пластине по волокну №2, определяем по закону Гука

σ = Е ·ε,

для случая относительной деформация εo, найденный по расчету или по измерениям в эксперименте.

  1.  Строим графиком абсолютных остаточных деформаций волокон испытуемого образца по данным измерений, по аналогии с рис.4.24.
  2.  Из построенного графика определяем, что, например, максимальное изменение длины волокна наблюдается в самом отдаленном от сварного шва месте и равно (по графику) 17 · 10-5 м. Тогда находим относительную деформацию ε =l /l

возникающее напряжение σ = Е·ε. Сравниваем его с временным сопротивлением малоуглеродистой стали, например СтЗ (класс строительных сталей С 38/23) и делаем выводы о надежности сварной конструкции по возникающим напряжениям.

15. Имея измеренный прогиб пластины f, рассчитываем ее кривизну С

С = 8 f/l2

и радиус дуги R

R = 1 /с.

По полученным данным делаем выводы об изменении конфигурации сварных конструкций на примере проведенного эксперимента.

Рис.4.24. Схема и диаграмма деформации образца после сварки

16. Точность проведения эксперимента лабораторной работы завысит от тщательности измерений и использования соответствующих справочных данных по расчета. Для волокна №2 рассчитаем возможные отклонения, сравнивая измеренные и расчетные данные по относительной деформации. Отклонение найдем, как

где εо — расчетное значение относительной деформации; εи — измеренное в эксперименте значение относительной деформации.

По полученному значению делаются выводы о тщательности проведения эксперимента.

Отчет по лабораторной работе должен содержать:

  1.  Краткое описание опыта.
  2.  Таблицу лабораторных измерений (табл.4.14).
  3.  График продольных остаточных деформаций.

Таблица 4.14

Таблица лабораторных измерений

  1.  Расчеты кривизны, деформаций, относительных удлинений и возникающих напряжений.
  2.  Выводы.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16535. Использование тестов в практике обучения 14.64 KB
  Занятие №9 Тема: Использование тестов в практике обучения. Цель: Формирование профессиональной компетентности студентов в области использования тестовых заданий. Вопросы для обсуждения: Эффективность использования компьютерных технологий в п
16536. Основы организации ЭВМ 598 KB
  Лабораторная работа №6. Основы организации ЭВМ 1. Архитектура компьютера. Архитектура ЭВМ Презентация. Устройства компьютера. Шинная структура связей Для достижения максимальной универсальности и упрощения протоколов обмена информацией в м...
16537. МОНИТОРИНГ СИСТЕМЫ WINDOWS И РАБОТА С ПОДСИСТЕМОЙ БЕЗОПАСНОСТИ 119.5 KB
  МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ Лабораторная работа 3. Мониторинг системы Windows и работа с подсистемой безопасности Часть1. Мониторинг и оптимизация системы Вызовите программу Диспетчер задач. ...
16538. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 105.5 KB
  МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ Часть 1. Использование графического интерфейса Настройка рабочей среды пользователя Посмотрите как
16539. РАБОТА С ФАЙЛАМИ 89 KB
  МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ ОПЕРАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ Лабораторная работа 2. Работа с файлами Часть 1. Локальные файловые системы Создать папку в ФС NTFS и вложить в нее несколько файлов. Установить права доступа на папку.
16540. СОЗДАНИЕ УЧЕТНЫХ ЗАПИСЕЙ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ И ГРУПП В СРЕДЕ ОС LINUX. ОРГАНИЗАЦИЯ РАБОЧЕЙ СРЕДЫ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 381.5 KB
  Лабораторная работа 4. Создание учетных записей пользователей и групп в среде ОС Linux. Организация рабочей среды пользователя Войдите в систему. Используя Центр управления создайте своего пользователя. Перейдите в первую текстовую консоль и зарегистрируйтесь...
16541. Методика проведения АВС анализа 54 KB
  Методика проведения АВС анализа Идея метода АВС анализа строится на основании принципа Парето: за большинство возможных результатов отвечает относительно небольшое число причин в настоящий момент более известного как правило 20 на 80. Данный метод анализа пол
16542. Предложения по совершенствованию реализации кадровой политики в Правительстве Самарской области 12.68 MB
  Управление кадрами как вид профессиональной деятельности обретает характер сложнейшего вида общественной практики, и ею необходимо овладеть и руководителям всех уровней управления
16543. Вычисление геодезических координат точек по их плоским 219.29 KB
  Лабораторная работа № 7 Вычисление геодезических координат точек по их плоским Координатам ГауссаКрюгера Общий путь решения сводиться к определению по известной абсциссе x широты В0 основания изображения плоской ординаты на поверхности B где В искомая ши...