9.3 Особливості виникнення деформацій при зварюванні

та паянні матеріалів з різними фізико–хімічними

властивостями

Виникнення деформацій у цьому випадку в першу чергу пов’язане з різницею коефіцієнтів лінійного розширення матеріалів, що з’єднуються. Оптимальний варіант — узгоджене з’єднання, тобто коли температурні коефіцієнти лінійного розширення (ТКЛР) для матеріалів, що з’єднуються, рівні. У всіх інших випадках з’єднання неузгоджене і при різниці ТКЛР в 2 і більше разів тимчасові і залишкові напруги такі великі, що з’єднання може руйнуватися.

Механізм виникнення залишкових напруг при зварюванні матеріалів з різними фізико–хімічними властивостями зображено на рисунку 9.2.

При в металі, після з’єднання, виникають напруги розтягу, а в неметалі напруги стиску (рисунок 9.3). При розподілення напруг буде протилежним. У більшості випадків неметал має значно меншу пластичність ніж метал, то при зварюванні метала з неметалом більша міцність з’єднання є випадок, коли , тому що будь–який матеріал на стиск працює краще ніж на розтяг.

Види з’єднань, що найбільш часто зустрічаються, зображені на рисунку 9.4.

Для зняття напруг в з’єднаннях метала з неметалом використовують прокладки з коефіцієнтом лінійного розширення в межах . Для зменшення залишкових напруг рекомендується після зварювання робити відпал.

9.4 Теплофізичні властивості в термодеформаційних

розрахунках

Величина та характер напруг при зварюванні залежить від зміни температури, термічних циклів. Тому необхідно визначати температурні поля у конструкціях, що зварюються. Їх можна визначити експериментально і розрахунковим шляхом.

Усі відомі розрахункові методи дійсні для температур не більше

1150 К. При розрахунку використовують наступні теплофізичні

характеристики:

1) температурний коефіцієнт лінійного розширення 10^–6 ( К^–1);

2) теплопровідність (Втсм^–1К^–1; Джсм^–1с^–1град^–1);

3) теплоємність вагова С _р (Джг^–1град^–1) та об’ємна

С_v (Джсм^–3 град^–1).

. (9.4)

4) коефіцієнт температуропровідності a (см²с^–1).

В розрахункових методах використовують і інші коефіцієнти, які у більшості випадків дійсні тільки для конкретних методів.

9.5 Механічні характеристики в деформаційних

розрахунках

При розрахунках по визначенню зварювальних деформацій використовують наступні характеристики:

1) модуль пружності Е (кгсм^–2);

2) коефіцієнт Пуассона ;

3) модуль зсуву G (кгсм^–2);

4) об’ємний модуль К (кгсм^–2).

Для описання пружної деформації ідеального пружно–пластичного тіла використовуються Е та . В основі цього полягає закон Гука (9.5)

, (9.5)

де — величина відносної деформації;

— напруги, що діють в тілі.

Взаємозв’язок між К, Е, G та

, (9.6)

. (9.7)

При описанні пластичного етапу деформації використовується границя текучості .

Границя текучості залежить від швидкості навантаження та температури (чим більша температура та швидкість навантаження, тим менша ). Для багатьох матеріалів (наклепаних, термічно зміцнених) на етапі нагрівання та охолодження вона має різну величину.

Для більшості реальних матеріалів визначають як умовну величину. Це величина напруг, яка відповідає залишковій пластичній деформації 0.2 %.