Способ снижения остаточных напряжений в конструкциях Советский патент 1987 года по МПК B23K25/00 B23K28/00 

10

15

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способам повышения усталостной прочности, и может быть использовано для снижения остаточных напряжений в конструкциях, например для снижения остаточных сварочных напряжений растяжения.

Цель изобретения - повышение эффективности обработки за счет повышения , надежности и долговечности конструкции.

На чертеже представлена диаграмма напряжений, поясняющая способ.

Способ заключается в следующем.

Предварительно определяют диаграмму предельных напряжений конструкции путем испытания соответствующих образцов. В качестве примера на чертеже приведена схема диаграммы предельных 20 напряжений цикла конст укции, построенной в координатах максимальные на- пряжения 6j,gj,, средние напряжения G цикла. Участки диаграммы 1 и 2 соответствуют пределам выносливости конструкции и пределам циклической ползучести материала конструкции соответственно. На диаграмме обозначены предел прочности (G ) предел текуческой ползучести G,, то для- снижения остаточных напряжений достаточно приложить к конструкции симметричную циклическую нагрузку (S макс) пример, при остаточном напряжении6,, амплитуда циклического напряжения G может быть равна отрезку Б. Если б д;,(, то для снижения остаточных напряжений необходимо прикладывать к конструкции асимметричную циклическую нагрузку((„ G aA-(Jn,) . Например, при остаточном напряжении напряжения от внешней нагрузки могут быть равные Air, А,Б,. В результате циклического нагружения максимальное остаточное напряжение в конструкции уменьшается, например, ,,. Для дальнейшего уменьшения остаточных напряжений циклические напряжения следует увеличить так, чтобы соблюдалось условие (1). Например, при симметричном циклическом нагружении амплитуду напряжений А. А,Б, можно 25 увеличить до величины . В результате действия этого напряжения остаточные напряжения уменьшатся, напри- .

мер, цо.. Для дальнейшего уменьшения остаточных напряжений необходичести (С: ), минимальный предел цикли- 30 мо приложение асимметричной нагрузки, ческой ползучести материала (3ц„) например-G ii(5 А,Б,.

П

и предел выносливости конструкции при симметричном цикле нагружения (С.,) . Неразрушающим методом находят эпюру остаточных напряжений в конструкции определяют максимальное остаточное напряжение расЯгяжения, значение которого откладывают на диаграмме. На чертеже геометрическим местом, точек, соответствующих значениям остаточных напряжений растяжения,является прямая,- проведенная из начала координат под углом 45 . Максимальное напряжение цикла , от внешней нагрузки, которую Надо приложить к конструкции для уменьшения остаточных напряжений, определяют из условия

35

40

р и м е р. Способ снижения остаточных напряжений осуществляют при испытаниях сварных стыковых соединений стали 09Г2 с остаточными напряжениями. Предварительно определяют диаграмму предельных напряжений цикла. Для этого находят предел выносливости стыкового сварного соединения с остаточными напряжениями при коэффициенте асимметрии цикла внешней нагрузки и проводят участок диаграммы предельных напряжений 1 (см. чертеж), соответствующий пределам 45 усталости, параллельно лучу, выходящему из начала координат под углом 45 , до пересечения с кривой 2, проведенной через найденные пределы циклической ползучести основного металла этой же стали. Эпюру остаточных напряжений по ширине образца со сварным швом в исходном состоянии находят ультразвуковым методом и определяют максимальное остаточное напряжение растяжения. В исследуемых образцах максимальное остаточное напряжение растяжения в исходном состоя НИИ равно д, 250 МПа. Поскольку ост меньше среднего напряжения цикла

цпк- максЛ ост. 5

(1)

гдеО (5 - предел выносливости конструкции, аб ц„д- предел циклической ползу- чеети материала конструкции, у которых среднее напряжение цикла равно сумме остаточного напряжения (5. и среднего напряжения цикла от внешней нагрузки б . Если остаточное напряжение G g больше среднего напряжения циклаб ц„ „минимального предела цйкли0

5

0

ческой ползучести G,, то для- снижения остаточных напряжений достаточно приложить к конструкции симметричную циклическую нагрузку (S макс) пример, при остаточном напряжении6,, амплитуда циклического напряжения G может быть равна отрезку Б. Если б д;,(, то для снижения остаточных напряжений необходимо прикладывать к конструкции асимметричную циклическую нагрузку((„ G aA-(Jn,) . Например, при остаточном напряжении напряжения от внешней нагрузки могут быть равные Air, А,Б,. В результате циклического нагружения максимальное остаточное напряжение в конструкции уменьшается, например, ,,. Для дальнейшего уменьшения остаточных напряжений циклические напряжения следует увеличить так, чтобы соблюдалось условие (1). Например, при симметричном циклическом нагружении амплитуду напряжений А. А,Б, можно 5 увеличить до величины . В результате действия этого напряжения остаточные напряжения уменьшатся, напри- .

мер, цо.. Для дальнейшего уменьшения остаточных напряжений необходи0 мо приложение асимметричной нагрузки, например-G ii(5 А,Б,.

П

5

0

р и м е р. Способ снижения остаточных напряжений осуществляют при испытаниях сварных стыковых соединений стали 09Г2 с остаточными напряжениями. Предварительно определяют диаграмму предельных напряжений цикла. Для этого находят предел выносливости стыкового сварного соединения с остаточными напряжениями при коэффициенте асимметрии цикла внешней нагрузки и проводят участок диаграммы предельных напряжений 1 (см. чертеж), соответствующий пределам 5 усталости, параллельно лучу, выходящему из начала координат под углом 45 , до пересечения с кривой 2, проведенной через найденные пределы циклической ползучести основного металла этой же стали. Эпюру остаточных напряжений по ширине образца со сварным швом в исходном состоянии находят ультразвуковым методом и определяют максимальное остаточное напряжение растяжения. В исследуемых образцах максимальное остаточное напряжение растяжения в исходном состоя- НИИ равно д, 250 МПа. Поскольку ост меньше среднего напряжения цикла

0

5

б ц„ 355 МПа минимального предела циклической ползучести СТц, то с целью выполнения условия (1) циклическое нагружение образца для снижения сгстаточного напряжения осуществляют при коэффициенте асимметрии цикла ,5 и максимальном напряжении от внешней нагрузкиСГ 220 МПа, При этом режиме нагружения среднее напря жение цикла от внешней нагрузки составляет G 165 Ша. Таким образом, действительное среднее напряжение цикла (с учетом остаточного напряжения растяжения) составляетG 415 МПа, а действительное макси-, мальное напряжение(5д,ц,р 470 МПа, Следовательно, при выбранном режиме нагружения условие (1) соблюдается, т,е. действительное максимальное на- пряжение цикла меньше предела выносливости и больше предела циклической ползучести. Измеренное после 100 тыс циклов нагружений максимальное остаточное напряжение растяжения состав- ляетбpj. 125 МПа, т,е, исходное максимальное остаточное напряжение растяжения уменьшилось в два раза,

С целью .подтверждения того факта, что существенное снижение остаточных напряжений происходит только в случае когда сумма максимальных напряжений от внешней циклической нагрузки и остаточных напряжений превышает предел циклической ползучести исследуемого материала, проводят испытания второй серии сварных образцов. Циклическое нагружение образцов осуществляют в условиях от нулевого цикла () при мачс 110 МПа, Суммам л.ег 360 МПа, что ниже пределов циклической ползучести. Максимальное остаточное напряжение растяжения, измеренное после 100 тыс, циклов нагружений составляет GO;,,. 210 МПа, т,е. уменьшилось на 16%, Таким образом, проведенные испытания подтверждают определяющую роль предела циклической ползучести в процессе снижения остаточных напряжений при циклическом нагружений.

За счет того, что сумма остаточного напряжения растяжения и напряжения от вибрационной -нагрузки не буде превьппать пределы выносливости конструкции, надежность и результативность способа првьш1аются, так как за счет предотвращения накопления усталостных повреждений достигается максимальный прирост долговечности конструкции в результате уменьшения остаточных напряжений.

За счет того, что сумма этих же напряжений будет не ниже предела циклической нагрузки, а не предела текучести, повьш1ается надежность способа, так как в результате уменьшения нижней границы (предел циклической ползучести всегда меньше предела текучести) расширяется диапазон возможных значений напряжений от вибрационной нагрузки.

Формула изобретения

Способ снижения остаточных напряжений в конструкциях, при котором конструкцию подвергают вибрационному нагружению отличающийся тем, что, с целью повьш1ения эффективности обработки за счет повьш1ения долговечности и надежности конструкции, вибрационную нагрузку назначают из условия, что сумма максимального остаточного напряжения и максимального напряжения от вибрационной нагрузки больше предела циклической ползучести конструкции, но меньше предельного напряжения цикла, и в процессе нагружения по мере снижения остаточных напряжений величину вибрационной нагрузки увеличивают.

О

dw/п.Э лцпт 6ocmZ ост1

Редактор С. Пекарь

Составитель Л. Назарова

Техред Л.Сердюкова Корректор А. Обручар

Заказ 3433/16 Тираж 974Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

т

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам снижения остаточных напряжений в конструкциях, и может найти применение в различных отраслях машино- строения. Целью изобретения является повьшение эффективности обработки. Для этого предварительно определяют для конструкции диаграмму предельных напряжений цикла с участком, соответствующим пределам циклической ползучести. Прикладывают к конструкции циклическую нагрузку (Н), выбранную из условия, при котором сумма максимального остаточного напряжения растяжения и напряжения от циклической Н бьша бы не менее предела циклической ползучести, но не превосходила предела выносливости. По мере снижения остаточных напряжений увеличивают Н, соблюдая то же условие для суммы текущего значения остаточного напряжения растяжения и напряжения от циклической Н. Изобретение позволяет назначить режимы циклического нагру- . жения конструкции, обеспечивающие эффективное снижение остаточных напряжений растяжения без накопления в ней усталостных повреждений. 1 ил. (Л