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

39323. Проектирование цифровой линии передачи 231.5 KB
  В состав аппаратуры входят: оборудование вторичного временного группообразования ВВГ конечное оборудование линейного тракта ОЛТ необслуживаемые регенерационные пункты НРП а также комплект контрольноизмерительных приборов КИП. Сформированный в оборудовании ВВГ цифровой сигнал в коде МЧПИ или ЧПИ HDB3 или AMI поступает в оконечное оборудование линейного тракта которое осуществляет согласование выхода оборудование ВВГ с линейным трактом дистанционное питание НРП телеконтроль и сигнализацию о состоянии оборудования линейного тракта...
39324. Особенности построения цифровых систем передачи 506.5 KB
  В состав аппаратуры ИКМ120у входят: оборудование вторичного временного группообразования ВВГ оконечное оборудование линейного тракта ОЛТ необслуживаемые регенерационные пункты НРП а так же комплект контрольноизмерительных приборов ИКП. Сформированный в оборудовании ВВГ цифровой сигнал в коде МЧНИ или ЧПИ HDB3 или AMI поступает в оконечное оборудование линейного тракта которое осуществляет согласование выхода оборудования ВВГ с линейным трактом дистанционное питание НРП телеконтроля и сигнализацию о состоянии оборудования линейного...
39325. ПОЛЕССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ РАДИАЦИОННО-ЭКОЛОГИЧЕСКИЙ ЗАПОВЕДНИК 48.5 KB
  На прилегающей к Чернобыльской АЭС территории трех наиболее пострадавших районов Брагинского Наровлянского и Хойникского с сентября 1988 года начал функционировать Полесский государственный экологический заповедник переименованный через год в Полесский государственный радиационноэкологический заповедник ПГРЭЗ. На территории заповедника находятся 96 бывших населенных пунктов в которых в доаварийный период проживало 22 тысячи человек. Изза загрязнения долгоживущими трансурановыми радионуклидами большая часть территории Полесского ГРЭЗ не...
39326. ПАМЯТНИКИ ПРИРОДЫ 41 KB
  Старинные парки охраняются как памятники садовопаркового искусства и имеют культурную историческую эстетическую дендрологическую ценность. Сегодня эти парки привлекают людей красотой свежестью воздуха тишиной. стали создаваться парки регулярного стиля строгой геометрической планировки.
39327. Token ring и FDDI 19.38 KB
  Поэтому при образовании общего кольца из двух колец передатчики станций попрежнему остаются подключенными к приемникам соседних станций что позволяет правильно передавать и принимать информацию соседними станциями. В FDDI достигается битовая скорость 100 Мб с Процедура инициализации FDDI несколько отличается от инициализации Token Ring: Для выполнения процедуры инициализации каждая станция сети должна знать о своих требованиях к максимальному времени оборота токена по кольцу. Параметр TTRT отражает степень потребности станции в пропускной...
39328. Проектирование цифровой системы передачи 177.64 KB
  В состав аппаратуры ИКМ120у входят: оборудование вторичного временного группообразования ВВГ оконечное оборудование линейного тракта ОЛТ необслуживаемые регенерационные пункты НРП обслуживаемые регенерационные пункты ОРП. Сформированный в оборудовании ВВГ цифровой сигнал в коде МЧПИ или ЧПИ HDB3 или AMI поступает в ОЛТ которое осуществляет согласование выхода оборудования ВВГ с линейным трактом дистанционное питание НРП телеконтроль и сигнализацию о состоянии оборудования линейного тракта служебную связь между оконечным...
39329. Проблемы безопасности в беспроводных сетях 38.86 KB
  11b g активно используется на бытовом уровне публичные беспроводные сети функционируют во множестве мест начиная от ресторанов и заканчивая залами ожидания аэропортов и гостиницами. В чем состоит отличие проводной сети от беспроводной В общем случае проводная сеть при условии идеальной и бесспорной порядочности ее пользователей может быть атакована лишь из Интернета если подключена к Сети. А это уже немаловажно подобные действия способны не только принести удовлетворение от созерцания беспроводной сети но и найти пути чтобы в нее...
39330. Проблемы безопасности беспроводных сетей 202.92 KB
  Вот и сегодня по мере утверждения стандартов на беспроводные сети снижения цен на оборудование для них и увеличения их пропускной способности все большее число менеджеров ИТ не в силах устоять перед искушением внедрить беспроводные ЛВС в своей компании.11b и предусмотрен ряд мер позволяющих надежно защитить небольшие беспроводные сети вопрос о том будут ли эффективны эти меры в средах с десятками точек доступа и сотнями пользователей все еще остается открытым. Это предоставление доступа к беспроводной сети только зарегистрированным...
39331. АНАЛИЗ ЛИНЕЙНОЙ АКТИВНОЙ ЦЕПИ 251.5 KB
  На основе анализа графиков трёх выходных сигналов сделать вывод о виде цепи (пропорционально - дифференцирующая или пропорционально - интегрирующая). Выделить случай, в котором операция, выполняемая цепью, наиболее близка к идеальному варианту преобразования входного сигнала.