Центральный металлический портал РФлучшие сервисы для Вашего бизнеса

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Полезные статьи -> Сварка, резка и пайка металлов -> Сварка конструкций -> Влияние напряжений и деформаций на качество стальных дверей и др. металлоконструкций

Влияние напряжений и деформаций на качество стальных дверей и др. металлоконструкций

Одним из самых распространенных типов металлоизделий являются обычные стальные двери, они фактически стали стандартом как в многоквартирных домах, так и в частных. Естественно, для того чтобы изготовить качественные стальные двери, необходимо использовать хороший стальной лист и прочие материалы, но также большое значение имеют и технологии металлообработки в процессе производства и в данном случае, ключевой технологией от которой во многом зависит качество дверей это сварка.

При сварке любой металической конструкции, металл подвергается множественным температурным и другим деформациям от которых будет зависеть как точность геометрической формы, так и эксплуатационные характеристики металлоконструкции.

Рассмотрим некоторые виды напряжений, которые возникают в процессе сварки и могут влиять на качество металлических дверей и других металлоконструкций:

Рис. 1. Сборка направленных после

сварки шва I листов 1 и 2 с листом 3

Влияние перемещений. Остаточные перемещения, возникшие после сварки отдельных элементов, сильно затрудняют, а иногда и делают невозможной дальнейшую сборку изделий под сварку. Приходится прибегать к промежуточной правке или использовать специальную оснастку, чтобы выправить отдельные элементы и собрать их между собой в правильном положении. Это обстоятельство накладывает дополнительные требования на построение технологического процесса. Часто идут на полную сборку сложной детали пли изделия без промежуточных операций сварки с тем, чтобы избавиться от подгонки и правки узлов. При этом, очевидно, усложняются условия сварки, возникает необходимость в отказе от механизированных способов сварки в пользу ручных или полуавтоматических.

Остаточные перемещения могут ухудшить процесс и качество сварки. Например, автоматическая сварка тонких листов практически не может быть выполнена без применения зажимных приспособлений из-за выхода листов из плоскости в процессе сварки и появления прожогов. В ряде случаев электрошлаковая сварка прямолинейных и кольцевых швов должна проводиться с закреплениями или нагружением балластом, так как зазор в разделке может закрыться по причине большой усадки.

Возникающие на отдельных операциях перемещения могут сделать невозможной последующую правку сварной детали, если не ввести операцию промежуточной правки. Например, если сваренные и невыправленные листы 1 и 2 собрать с листом 3 (рис. 1), то неизбежно образование в стыке II некоторой волнистости, которая будет зафиксирована сваркой шва II. Дальнейшая правка швов I и II не даст полного положительного результата.

Рис. 2. Примеры влияния остаточных перемещений на величину

припусков при механической обработке:

а - сварной вал; 6 - рама, имеющая пропеллерность

Из-за чрезмерных перемещений, если их не предупредить, не предусмотреть или не устранить, может оказаться недостаточным незначительный припуск на механическую обработку. На рис. 2, а показан длинный вал, в котором угловой излом θ делает невозможной механическую обработку по всей длине при заданной величине толщины стенки δ. Рама на рис. 2, б имеет чрезмерную пропеллерность и нуждается в правке, так как невозможно провести механическую обработку по всем четырем платикам 1. В случае невозможности механически обработать изделие целиком, сварку делают заключительной операцией, при этом необходима тщательная предварительная отработка технологического процесса сварки с измерением возникающих перемещений. Когда заключительная механическая обработка по техническим условиям не требуется, но соблюдение точных размеров является обязательным, необходимо учитывать ожидаемую усадку, назначая размеры деталей при заготовительных операциях.

Отклонения в точности размеров могут оказывать непосредственное влияние на прочность и эксплуатационные качества изделий. Так, в конструкциях, работающих на устойчивость, остаточные перемещения, сообщая начальный прогиб, могут оказать отрицательное влияние на несущую способность. Например, цилиндрическая оболочка на рис. 3, б имеет окружное сокращение в зоне кольцевого шва и местный прогиб в районе бобышки А.

Рис. 3. Примеры отрицательного

влиянияперемещений на

устойчивость элементов конструкций:

а - колонна; б - цилиндрическая оболочка

Колонна на рис. 3, а имеет остаточный прогиб f, создающий эксцентриситет силы Р.

В аппаратах, движущихся в воздушной среде или жидкости, отклонения от проектных размеров вызывают повышенное сопротивление потоку, иногда возникает вибрация.

В механизмах машин отклонения от точных размеров могут повышать силы трения, вызывать шум, быстрый износ, потерю точности и т. д.

Влияние остаточных напряжений и деформаций. Отрицательное влияние собственных напряжений может проявляться в следующем.

В процессе изготовления иногда возникают горячие трещины; деформационные трещины и разрушения; холодные трещины.

Горячие трещины образуются во время кристаллизации металла под воздействием временных напряжений и деформаций, возникающих вследствие усадки металла. Для определения стойкости металла против образования горячих трещин разработаны специальные методики и пробы.

Деформационные разрушения изучены пока недостаточно. В основе появления деформационных разрушений лежит образование высоких растягивающих собственных напряжений вследствие усадки металла. Если усадка металла происходит в объемах, сокращение которых затруднено во всех трех направлениях, то образуются так называемые объемные (трехосные) растягивающие напряжения. Пример заварки глубокого дефекта на поверхности массивного тела показан на рис. 4, а. Усадка металла в направлениях х и у затруднена из-за наличия окружающего холодного металла. Аналогичные условия образуются при сварке электрошлаковых швов в жестких контурах (рис. 4, б). В направлении оси х усадке препятствует заваренный лист, в направлении оси z - значительная толщина металла δ. В обычных условиях электрошлаковой сварки шов может сокращаться в поперечном направлении у. В данном случае этому препятствует жесткость балки, и если не принять мер для немедленного проведения отпуска после сварки, то часто в таких условиях возникает разрушение шва.

Рис. 4. Образование трехосных растягивающих остаточных

напряжений при усадке металла в жестком контуре

Свойства металла под влиянием возникающей усадки заметно не изменяются, так как пластические сварочные деформации не превышают в случае отсутствия концентраторов величины 1-2%.

Но в большинстве случаев в зонах протекания пластических деформаций имеются разнообразные концентраторы. На рис. 5 они показаны примерно в порядке нарастания концентрации. На рис. 5, а-е возникает концентрация пластических деформаций вследствие поперечной усадки металла. Случаи, показанные на рис. 5, а, б, весьма распространены. Здесь некоторая концентрация пластических деформаций возникает в зонах перехода от наплавленного металла к основному. Если свариваемые элементы находятся в свободном состоянии при сварке, то концентрация деформаций крайне незначительна и ей не придают никакого значения.

При закрепленных элементах (рис. 5, а) концентрация пластических деформаций усиливается по мере уменьшения размера l.

Аналогичная картина наблюдается при вварке в лист жестких элементов малого диаметра (рис. 5, в).

Рис. 5. Примеры концентрации пластических деформаций при сварке

Значительную группу сварных соединений составляют многослойные соединения (рис. 5, г-е), в которых концентрация деформаций происходит при беспрепятственном повороте свариваемых элементов. В этом случае каждый очередной слой создает приращение углового поворота Δβ, а это в свою очередь вызывает в корневом слое деформации удлинения и растягивающие напряжения. При наличии непроваров (рис. 28, д, е) разрушение возникает при относительно небольшом количестве слоев. Мерой, устраняющей концентрацию пластических деформаций удлинения, является закрепление элементов во время сварки для предотвращения углового поворота р.

Концентрация пластических деформаций может возникать из-за продольной усадки металла (рис. 5, ж-к). В случае, если запроектировано электрошлаковое соединение для двух листов разной длины без соответствующего уступа для окончания шва (рис. 5, ж), то подрез, возникающий во время сварки, является сильным концентратором пластических деформаций. В таких местах нередки случаи появления трещин при остывании. Сварка накладок на рис. 5, з производится по стыку с неполным проваром, показанном в сечении А - А. При сварке швов накладок усадка.металла происходит в направлении, перпендикулярно которому расположен непровар. В этом случае возможны разрушения. Аналогичная ситуация возникает при выполнении шва на остающейся подкладке, если она по длине имеет стыки с неполным проваром (рис. 5, и). Весьма значительная концентрация пластических деформаций происходит при сварке накладок по полностью непроверенному стыку (рис. 5, к).

При концентрации пластических деформаций имеют место три основных явления: появление большей или меньшей в зависимости от формы концентратора объемности напряженного состояния; рост величины пластической деформации металла, зависящей от коэффициента концентрации деформаций, изменение свойств металла вследствие его наклепа и деформационного старения; последний фактор, как установлено специальными исследованиями, в низко-углеродистых и низколегированных сталях имеет решающее влияние на возникновение хрупких разрушений. Деформационное старение возникает также в зонах сварки, если сварка проводится на участках, подвергнутых холодной пластической деформации, например гнбке.

Деформационное старение вызывает такие изменения свойств сталей, которые способствуют проявлению хрупкости металла: повышается предел текучести металла, увеличивается «зуб текучести», снижается коэффициент упрочнения металла, уменьшается предельная пластическая деформация. Большинство хрупких разрушений сварных конструкций возникает от зон концентрации пластических деформаций, где имело место деформационное старение металла.

Одной из причин появления деформационных трещин являются также зоны с низкими пластическими свойствами металла, возникшие, например, вследствие плохой защиты металла или его закалки.

Холодные трещины возникают, если при данном химическом составе и термическом воздействии сварки сталь претерпевает полную или частичную закалку. Холодные трещины возникают непосредственно после сварки в течение нескольких суток при вылеживании. По прошествии указанного периода сталь восстанавливает свои свойства и холодные трещины перестают образовываться. Холодные трещины являются одним из случаев замедленного разрушения закаленной стали под действием остаточных растягивающих напряжений. При отсутствии растягивающих напряжений холодные трещины не возникают. Склонность сталей и сплавов к образованию холодных трещин оценивают по специальным методикам и пробам. Хотя холодные трещины чаще возникают спустя некоторое время после сварки, их следует относить к разрушениям, возникающим в период изготовления, так как основа процесса разрушения закладывается во время сварки.

Холодные трещины могут возникать в некоторых титановых и алюминиевых сплавах.

В процессе вылеживания при отсутствии внешних нагрузок могут возникать самопроизвольные хрупкие разрушения при понижении температуры. Эти хрупкие трещины относят к деформационным разрушениям. Появление их связано с тем, что при понижении температуры удельная работа разрушения металла снижается. Дефекты и концентраторы, размеры которых при более высоких температурах не являлись критическими, при понижении температуры переходят в разряд критических. Возникающая незначительная разность температур между отдельными точками детали создает дополнительные напряжения, которые в сочетании с ранее возникшими высокими остаточными напряжениями, способны вызвать хрупкое разрушение.

Распространение разрушения. Распространение трещин, в том числе и хрупких, сопровождается затратами энергии на пластическую деформацию металла в острие трещины, на сообщение скорости перемещающимся при разрушении частям детали и на другие цели. Наличие в сварной конструкции остаточных напряжений означает, что накоплена значительная потенциальная энергия. Энергия в единице объема металла при одноосном растяжении может быть подсчитана по формуле

U = σ2/2E

Так как остаточные растягивающие напряжения в сварных соединениях нередко близки к σт, то такое количество энергии может способствовать образованию весьма протяженных разрушений. Поэтому остаточные напряжения следует рассматривать как один из главных факторов распространения трещин в сварных конструкциях.

Статическая прочность. Под статической прочностью в широком толковании этого понятия понимают как сопротивление наступлению текучести, так и сопротивление разрушению.

В сварных конструкциях, не прошедших отпуск, максимальные остаточные напряжения часто близки к пределу текучести. Это означает, что в таких сварных конструкциях при нагружении неизбежно возникают пластические деформации в небольших объемах металла. В большинстве сварных конструкций обычно допускают текучесть металла в ограниченных объемах. На общую текучесть сварного элемента остаточные напряжения оказывают незначительное влияние. Если не рассматривать относительно небольшой класс конструкций, где не допускается даже местная текучесть, то следует считать, что остаточные напряжения не оказывают отрицательного влияния на сварные конструкции, изготовленные из металлов в пластичном состоянии.

Более значительным и сложным является влияние остаточных напряжений и изменения свойств металла на наступление разрушения при низкой пластичности металла. Отрицательное влияние остаточных напряжений проявляется при закалке металла в зоне сварки на высокую твердость. Существенное влияние на статическую прочность сварных конструкций оказывают изменения свойств металла, особенно в зоне концентраторов напряжений. При низких температурах решающее влияние имеет деформационное старение металла, возникающее во время пластических деформаций в зоне надрезов (см. рис. 5, г, д-к). При приложении рабочих нагрузок разрушения могут наступить при средних напряжениях, близких к пределу текучести или даже ниже σ0,2.

Прочность при переменных нагрузках. Остаточные напряжения могут оказывать как отрицательное, так и положительное влияние на прочность сварных соединений и конструкций при переменных нагрузках.

Рис. 6. Распределение остаточных напряжений в двутавровой

балке и влияние их на жесткость при изгибе

Жесткость и устойчивость. Остаточные напряжения могут оказывать некоторое отрицательное влияние на жесткость растягиваемых и изгибаемых сварных элементов. Объясняется это тем, что в зоне сварных соединений имеются участки с высокими растягивающими остаточными напряжениями (рис. 6). Например, двутавровый сварной Н-образный профиль имеет в местах присоединения стенок к полкам напряжения, близкие к σт (рис. 6). При растяжении такого элемента возникает текучесть металла в тех зонах, где сумма рабочих и остаточных напряжений превышает σт. Эти участки (заштрихованные на рис. 6, а) практически не оказывают сопротивления деформации, выключаясь из работы и уменьшая площадь упругой части сечения F.

При изгибе пластическая деформация возникает в том сварном соединении, которое оказывается в области растяжения (рис. 6, б). Часть сечения профиля из работы выключается, в результате чего момент инерции I′x оказывается меньше расчетного момента инерции Ix. Это уменьшает проектную жесткость балки.

Жесткость элементов сварных конструкций может уменьшаться вследствие местной потери устойчивости тонкостенных участков, в которых действуют напряжения сжатия. Например, при сжатии Н-образного профиля, показанного на рис. 6, а, более тонкая стенка, имеющая остаточные напряжения сжатия асж, может потерять устойчивость, если σсж + σраб > σкр, где σкр  - 0критические напряжения потери устойчивости в пластине, заделанной по двум длинным сторонам. Сопротивление стенки сжатию, а следовательно, и всей колонны, после потери устойчивости уменьшится. Аналогичные явления могут возникнуть и при изгибе в зонах сжимающих напряжений.

Остаточные напряжения могут влиять на общую устойчивость сварных стержней. Механизм влияния здесь может быть двоякий. Один - связан с уменьшением общей устойчивости в связи с наступлением местной потери устойчивости отдельных элементов; второй  - с наличием остаточных напряжений в сжатом стержне, а также начальной кривизны после сварки. При расчетах на общую устойчивость сжатых сварных стержней влияние остаточных напряжений обычно не учитывают. Практика эксплуатации сварных конструкций показала, что имеющиеся запасы устойчивости по общепринятым расчетам достаточны, чтобы этим влиянием можно было пренебречь.

Коррозионная стойкость. Растягивающие остаточные напряжения отрицательно влияют на коррозионное растрескивание в тех случаях, когда металл при конкретной коррозионной среде и-температуре вообще подвержен коррозионному растрескиванию при действии напряжений.

Конечно, существует еще множество аспектов влияющих на качество сварного изделия, но в случае изготовления такой металлоконструкции как стальные двери, кроме изготовления, имеет значение и то, как проводится установка металлических дверей. Например, от того как выровнена дверь при установке будет зависеть легкость ее закрытия и всей последующей эксплуатации.

Автор: Администрация   Общая оценка статьи:    Опубликовано: 2014.01.28   

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

ЛИЧНЫЙ КАБИНЕТ:



запомнить  Регистрация

Металлоторговля:
Объявления
Прайсы (по торг. позициям)
Прайсы (в файлах)

Марки металлов
Калькулятор веса металла

Новости

НОВЫЕ ОБЪЯВЛЕНИЯ

14:33 Скрытый металлический крепёж ДекТай Ключ Террасный КТЦ

14:27 Скрытый металлический крепёж ДекТай Кобра

14:19 Скрытый металлический крепёж ДекТай Змейка-Лодочка 190 ЛЦС

13:50 Скрытый металлический крепёж ДекТай Змейка-Универсал 190 УЦС

12:50 Металлические стеллажи MS PRO

12:50 Стол слесарный

12:10 Круг 230 отрезной по металлу КРАТОН

11:57 Электроды АНО-21 БЭЗ РАМСЕС 3мм в вакуумной упаковке по 1кг

11:51 А-I (А240) д 8мм в мотках по 2т (самовывозом от 20т с АЭМЗ г.Абинск)

11:39 А-I (А240) д 6мм в мотках по 2т (самовывозом от 20т с АЭМЗ г.Абинск)

НОВОСТИ

27 Апреля 2017 11:22
Звучание магнитных шариков

28 Апреля 2017 08:47
”Амурметалл” планирует нарастить месячный объем производства в 10 раз к апрелю

28 Апреля 2017 07:22
”Мечел-Cервис” поставил прокат на реконструкцию павильона ”Космос” на ВДНХ

27 Апреля 2017 17:26
Турецкий импорт коксующегося угля за 2 месяца вырос на 40,7%

27 Апреля 2017 16:45
В цехе гнутых профилей №1 ”ЧерМК” завершилась линейка капремонтов на 9,2 млн. рублей

27 Апреля 2017 15:21
Североамериканский выпуск стали в марте вырос на 9,2%

НОВЫЕ СТАТЬИ

Виды и механика процесса хонингования - основы технологии

3Д принтеры для производства металлических изделий

Задвижки чугунные

Офисная мебель

Сварочные работы в промышленности и строительстве

Видеорегистраторы - основные характеристики

Датчики уровня сыпучих материалов

Лазерные уровни в строительстве

Насосы для колодцев и их основные характеристики

Комплектующие для обустройства железнодорожных путей

Особенности сдачи металлолома в пункты приема

Как открыть свой магазин быстро и оснастить его всем необходимым?

А вы знаете, для чего используют транспортерные сетки?

Какие заборы сегодня наиболее эффективно могут защитить объекты транспортной инфраструктуры?

Про упаковку из воздушно-пузырьковой пленки

Лист нержавеющий AISI 409 - особенности марки и применение

Характеристики и общие особенности марки стали 40Х13

Свойства и особенности применения проката из нержавейки марки 20Х13

 ГЛАВНАЯ   МЕТАЛЛОТОРГОВЛЯ   ОБЪЯВЛЕНИЯ   ПРАЙСЫ   КОМПАНИИ   СТАТЬИ   РАБОТА   ФОРУМ   ГОСТы   МАРОЧНИК   КАЛЬКУЛЯТОР   БИРЖЕВЫЕ ЦЕНЫ   ВЫСТАВКИ  

Рейтинг@Mail.ru

О портале : Информация и правила : Реклама : Тарифы для компаний : Наши контакты : Связаться : Личный кабинет : Регистрация

2009-2017 © Любое копирование материалов без активной ссылки на metallicheckiy-portal.ru запрещено!
Использование материалов в печатных изданиях только с разрешения администрации портала.