ГЛАВА 2
Моделирование параметров гидроструйного нагружения как метода снижения
остаточных напряжений в сварных соединениях
2.1. Постановка задачи
Как показано в главе 1, аналогия гидроструйного метода с электрогидроимпульсной
струйной обработкой позволяет предположить, что предлагаемый метод применим для
снижения остаточных сварочных напряжений.
В связи с новизной применения гидроструйного метода снижения остаточных
напряжения в сварных соединениях примем совокупность материалов, типов
соединений и диапазон их толщин аналогичными или близкими к тем, которые
применялись в исследованиях других деформационных методов (в первую очередь,
взрывной и электрогидроимпульсной обработки).
Это позволит сравнить эффективность гидроструйного метода и ранее
применявшихся, а также позволит применить известные методики расчетов и
контроля напряженного состояния на экспериментальных образцах.
Анализ источников по деформационным методам, проведенный в главе 1, показал,
что исследования проводились чаще всего на низкоуглеродистых сталях (стали 3,
5, 20, 25). Режим эксплуатации таких листовых конструкций, как кожухи
воздухонагревателей и скрубберов, газгольдеры, трубопроводы и др.,
характеризуется воздействием переменных нагрузок, могущих вызвать появление
усталостных трещин, и как следствие, выход конструкции из строя [160]. К
преждевременному появлению усталостных трещин и разрушению элемента конструкции
может привести высокий уровень растягивающих остаточных напряжений в области
шва [161]. Поэтому целесообразно будет включить в перечень исследуемых сталей
также сталь 09Г2С, нашедшую широкое применение в сварных листовых конструкциях,
подвергаемых переменному нагружению.
Будем исследовать воздействие гидроструйного нагружения на напряженное
состояние сварных соединений сталей ВСт3сп, 20 и 09Г2С.
Примем тип соединений – стыковые. Они являются оптимальными и наиболее
целесообразными в сварных конструкциях [17,20]. Стыковые соединения являются
самыми распространенными среди сварных соединений (к основным видам соединений
относят также угловые, тавровые и нахлесточные) [23,36,162]. Эти соединения
применяются в конструкциях из листового металла и при стыковке уголков,
швеллеров, двутавров и труб [162]. Стыковые соединения применяют в балках
различных профилей, в элементах ферм, в корпусах судов, в котлах и сосудах
высокого давления, в газо- и нефтепроводах, в транспортных цистернах различных
назначений и т.д. Стыковые соединения особенно целесообразны в емкостях
различных назначений, так как они хорошо обеспечивают плотность швов, удобны
для применения физических методов контроля качества, экономичны, рациональны в
отношении концентрации напряжений [17]. Стыковые соединения создают наименьшие
собственные напряжения и деформации при сварке, и требуют наименьшего расхода
основного и наплавленного металла [162]. Соединения встык по сравнению с
другими типами соединений обладают повышенной прочностью, характеризуются
меньшим изменением геометрической формы и концентрацией напряжений [23]. По
сравнению с основным металлом соединения встык низкоуглеродистых и многих
низколегированных сталей при статических нагрузках во многих случаях
равнопрочны [17], при переменных нагрузках их прочность, как правило, меньше,
что объясняется влиянием остаточных напряжений и концентраторов напряжений,
создаваемых формой соединения и технологическими дефектами [23].
Нужно отметить, что при стыковых соединениях нужна тщательная подготовка листов
под сварку и достаточно точная их подгонка друг к другу [162].
Обзор литературы, приведенный в главе 1, показал, что деформационные методы
снижения остаточных напряжений для низкоуглеродистых и низколегированных сталей
эффективны при толщинах до 0,015-0,02 м [37-65]. При толщинах до 0,016 м при
небольшой ширине пластин (2В < (5-6) 2bп) имеет место линейное напряженное
состояние [31], что упрощает картину распределения напряжений и снижает объем
работ по их определению. Кроме того, при толщине рабочих элементов менее 0,008
м неизвестны хрупкие разрушения конструкций, изготовленных из низкоуглеродистых
и низколегированных сталей обычной и повышенной прочности [5]. Диапазон толщин
сварных соединений сталей 3, 20 и 09Г2С примем от 0,006 до 0,016 м. В более
тонких пластинах снижение напряжений эффективно обеспечивается теплоотводом
[28,29].
Влияние гидроструйного охлаждения на механические свойства сварных соединений
будем изучать на сталях 09Г2С и 10Г2ФР. Обоснование выбора вида соединений и
толщин свариваемых сталей при сварке на повышенной погонной энергии с
гидроструйным охлаждением приведено в главе 3.
Обоснуем выбор сталей, сварные соединения которых выбраны для исследований, дав
этим сталям характеристики по применяемости, свариваемости и особенностям
структурообразования при сварке и охлаждении.
Низкоуглеродистые и низколегированные стали общего назначения (в соответствии с
классификацией сталей по температуре эксплуатации с учетом условий внешних
силовых воздействий и температуры, при которой должна выполняться сварка [6])
применяют для сварных конструкций, работающих в интервале температур -70…+475
єС, причем в зависимости от химического состава, степени раскисления и
структурного состояния, обеспеченного термообработкой, температурная область
применения углеродистых сталей может охватывать диапазон -40…+450 єС, а
температурный интервал эксплуатации низкоуглеродистых низколегированных сталей
перлитного класса, в зависимости от состава и структурного состояния,
обеспеченного термообработкой, составляет -70…+475 єС [106]. По соображениям
благоприятной с
- Київ+380960830922