Деформации сварных листовых заготовок при изготовлении оболочкообразных днищ ротационной вытяжкой

АННОТАЦИЯ

В статье представлены ротационная вытяжка крупногабаритных днищ исходную плоскую листовую заготовку сваривают из двух или трех частей. 

ABSTRACT

The article presents a rotary drawing of large-sized bottoms; the original flat sheet blank is welded from two or three parts.

Ключевые слова: пластической деформации, листовую заготовку, метал, эксперимент, прочност.

Keyword: plastic deformation, sheet blank, metal, experiment, strength.

При ротационной вытяжке крупногабаритных днищ (диаметром до 5000 мм) исходную плоскую листовую заготовку сваривают из двух или трех частей [1].

Характер формоизменения сварных соединений из листового металла при пластической деформации зависит от степени неоднородности механических свойств основного металла, металла шва и околошовной зоны. Эта неоднородность зависит от исходного состояния металла (начальной неоднородности) и последующей его деформации (деформационной неоднородности).

Начальная неоднородность определяется условиями сварки (1-й фактор) и анизотропией свойств основного металла (2-й фактор)[2]. При оптимальных условиях сварки проведен анализ влияния 2-го фактора на свойства металла шва испытанием на одноосное растяжение круглых образцов (l=10d), вырезанных из швов различных листовых материалов (стали Ст3, 12Х18Н10Т, 10Х14Г14Н3Т, сплав АМг5) под углами α_i=0⁰; 22⁰30; 45⁰; 67⁰30; 90⁰ по отношению к направлению прокатки.

Для получения образцов с предельно одинаковыми размерами их обрабатывали в специальных шаблонах.

Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с помощью числовой характеристики случайной величины - математического ожидания.

а)                                                                б)

Рисунок. 1. Влияние текстуры основного металла ( кривые 1, 3, 5, 7) на механические свойства (а,б) металла шва (кривые 2, 4, 6, 8):

1,2 – сталь Ст3: 3, 4 сталь 12Х18Н10т: 5, 6 –сплав АМг5;7, 8-сталь 10Х14Г14Н3Т

В результате испытаний (рисунок. 1) выявлено, что текстура основного металла, обусловленная формой и направлением зерен, оказывает влияние на механические свойства металла шва. Чем более склонен к упрочнению металл, тем больше снижаются пластические свойства в направлении α _i=45⁰по отношению к оси прокатки основного металла. Полученные данные подтверждаются результатами построения кривых упрочнения σ_i=σ_i (ε), показывающими, что наиболее значительно упрочнение металла переходной зоны и наименее значительно упрочнение металла шва[2].

Показатель степенной зависимости напряжения текучести от интенсивности деформаций, например, у сварных соединений из сплава АМг5 в переходной зоне имеет наибольшее значение 0,2 в то время как для металла шва он равен 0,15.

Сопоставление результатов механических испытаний образцов, вырезанных из металла сварного шва, расположенного под разными углами, и основного металла в направлении прокатки может характеризовать качество сварки и является показателем неоднородности механических свойств сварной листовой заготовки. Оценка неоднородности механических свойств исходной сварной заготовки необходима для определения ее прочности и пластичности и срока службы изделия.

В результате анализа статистических данных выявлено, что данных выявлено, что для оценки неоднородности механических свойств сварных листовых соединений в зависимости от угла α  расположения шва по отношению к оси прокатки можно использовать следующее выражение:

где σ_вмш, δ_мш, σ_вом, δ_ом -пределы прочности и относительные удлинения металла шва и основного металла в направлении прокатки, соответственно.

Формула справедлива при значениях 0,5<К_нм<1. При К_нм=1 σ_вмш=σ_вом, δ_мш=δ_ом, Механические характеристики металла шва и основного металла равны, К_нм=0,5, например, при δ_мш≈ 0 и σ_вмш=σ_вом после значительных пластических деформаций.

Рисунок 2. Изменение критерия механических свойств различных сварных листовых соединений в зависимости от направления расположения шва относительно направления прокатки:

1, 2, 3 –стали  Ст3, 12Х18Н10Т, 10Х14Г14Н3Т; 4-сплав АМгб

В результате расчетов К_нм (рисунок 2) подтверждено, что чем большей склонностью к упрочнению обладает металл, тем больше снижается К_нм в направлении 45⁰ по отношению к оси прокатки основного металла.

Результаты экспериментов по холодной прокатке сварных пластин показали, что неоднородность их пластической деформации является функцией степени обжатия, вида и состояния металла и характера расположения шва.

Неоднородное изменение размеров при степенях обжатия до 30-40%связано с уплотнением литой структуры металла шва. При прокатке алюминиевого сплава АМг5 со степенью обжатия ≈40% плотность металла увеличивается до 0,2% по сравнению с плотностью исходной литой структуры. С повышением степени обжатия неоднородность течения элементов сварной пластины снижается: происходит выравнивание скорости течения вследствиевыравнивание свойств основного металла и металла шва. Причем, чем большую склонность к упрочнению проявляет металл, тем меньше неравномерность течения и, соответственно, больше неоднородность деформации.

Для анализа влияния неоднородности сварных листовых заготовок на процесс изготовления оболочкообразных днищ на поверхность листовых заготовок наносилась координатная сетка.

Исследование проводили по методике, приведенной работе [4], применительно к изготовлению ротационной вытяжкой оболочкообразных днищ двойной кривизны диаметром 1300мм (Dз= 1450мм; r_вн/l₀=12) и толщиной 10мм из углеродистой стали Ст3.

Как показывают результаты исследований, деформации основного металла и металла шва одинаковые.

Радиус окружности, разделяющей зоны заготовка с различным напряженным состоянием, неодинаков (на внешней стороне равномерное двухосное растяжение начинается раньше, чем на внутренней части). Деформация на средней линии изделия по толщинетакая же, как и на внешней части.

Различие деформаций ячеек координатной сетки, нанесенных на основной металл и металл шва, проявляется на наиболее упрочненной цилиндрической части днища. При этом локальная деформация металла шва выше, чем деформация основного металла, что обусловливает возможность появления разрывов в зоне сварного шва. Неоднородность деформации сварных заготовок с увеличением размеров изготовляемого изделия возрастает.

В производственных условиях необходимо учитывать характер расположения шва по отношению к оси прокатки основного металла. Шов следует располагать под возможно меньшим углом к продольному направлению.

Список литературы:

1. Козлов Ю.И. Сапотницкий М.С. Изготовление днищ // М.:1968. № 8, С.37-38.
2. Козлов Ю.И. Особенности технологии изготовления днищ из сварных заготовок различных материалов // Экспресс-информация. М.: ЦИНТТИхимнефтемаш. Сер ХМ-9. 1982. 39 с.
3. Колмогоров В.Л. Напряжения, деформации, разрушение. М.: Металлургия ,1970. 230 с.
4. Томленов А.Д. Пластическое деформирование металлов. М.:Металлургия, 1978. 408 с.