Экспериментальная проверка временных и остаточных деформаций и напряжений пластины при наплавке на её кромку продольного шва, производится на специальном приспособлении, изображенном на рис. 2.4.

Наплавка производится после установки пластины 1 в пазы стоек 4. Измерение прогиба пластины в среднем поперечном сечении, осуществляется с помощью индикатора часового типа 5, а изменение её длины – индикатором 6. Фиксация пластины в приспособлении производится с помощью винтов 2. Для защиты индикаторов от расплавленных капель при наплавке валика служат экраны 3, 7 изготовленные из алюминия.

Рисунок 2.4 – Приспособление для измерения деформаций полос при сварке и остывании

Оборудование, приборы и материалы, необходимые для выполнения работы

1. Пост для сварки вольфрамовым электродом в среде аргона (можно использовать сварку в СО₂) с измерительными приборами.

2. Приспособление для измерения деформаций.

3. Индикатор часового типа сценой деления 0,01 мм и пределом измерения 10 мм.

4. Отожженные пластины № 1, № 2, № 3 из малоуглеродистой стали размерами:

№ 1 – 10 30 500 мм;

№ 2 – 10 60 500 мм;

№ 3 – 10 90 500 мм.

5. Секундомер.

6. Штангенциркуль, линейка.

Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с приспособлением для замера деформаций в пластине при наплавке валика на ее кромку.

2. Замерить истинные размеры пластин (см. п. 4) и вычислить площади поперечных сечений  и моменты инерции сечений пластин I. Результаты записать в табл. 2.1.

3. Установить режимы сварки: I_св = 120…130 А; U _д = 22…24 В; V_св = 50 м/ч (84 см/мин; 1,4 см/с)

Таблица 2.1 – Размеры пластин и режимы наплавки

№ пластины	Геометрические характеристики поперечных сечений				Режим наплавки
	s, см	h, см	F, см	Iy, см4	, А	, В	, см/с
1
2
3

4. Установить пластину № 1 шриной  h = 30 мм. Установить индикатор с натягом примерно 5-мм, а стрелку индикатора на нуль.

5. Наплавить валик на кромку пластины шириной 30 мм и замерить при этом временные и остаточные деформации (прогибы посредине пролета полосы). При наплавке по показаниям приборов и секундомеру уточнить режимы сварки (I_св; U _д; V_св) и занести их в таблицу 2.1. Замер деформаций производить в течение первых 30 секунд через каждые 5 секунд, затем через 10 сек до истечения 3 минут, а затем через 30 секунд до полной остановки индикатора ( 5 минут). Результаты измерений (как и в последующих опытах) занести в табл. 2.2.

Таблица 2.2 – Результаты измерений

Примечание: цена деления индикатора 0,01 мм.

6. Повторить опыт п.5 с пластинами шириной 60 и 90 мм.

7. По результатам опытов для каждой пластины построить графики  (рис. 2.5а), где - прогиб пластины в процессе нагрева и охлаждения. Затем, используя данные графиков для всех пластин (рис. 2.5а), построить графики в зависимости от ширины пластины (рис. 2.5а, б). Здесь –  – соответственно остаточный прогиб каждой пластины после полного её остывания и максимальный в процессе сварки. Данные занести в табл. 2.3.

8. По уточненному режиму сварки (табл. 2.1) рассчитать величины сварочных остаточных деформаций для пластин h = 30, 60, 90 мм и построить график изменения расчетных величин остаточных деформаций в зависимости от ширины пластины (рис. 2.5б).

9. Построить упрощенные эпюры остаточных напряжений для всех пластин.

Таблица 2.3 – Исследуемые величины

№ пластины	, мм	, мм		Размеры упругопластической зоны		Остаточные напряжения, МПа
		Опыт	Расчет	, см2	, см
1
2
3

10. Сравнить опытные данные с расчетными (рис. 2.5) и проанализировать полученные результаты.

Рисунок 2.5 – Графическое представление результатов расчета и эксперимента

Вопросы для самопроверки

1. Почему пластина с нагреваемой кромкой после охлаждения изгибается в сторону этой кромки?

2. Как определить величину усадочной силы?

3. Как определить ширину упругопластической зоны?

4. Как построить упрощенную эпюру продольных напряжений в поперечном сечении пластины?

5. Как будет изменяться ширина зоны  при увеличении ширины пластины?

6. Запишите условие равновесия продольных внутренних усилий в пластине.

7. Запишите формулы для определения изгибающего момента через Рус.

8. Запишите формулу для определения эффективной тепловой мощности сварочной дуги .

Лабораторная работа № 3.
 ИЗУЧЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И МЕТОДОВ ИХ УСТРАНЕНИЯ

Цели и задачи работы

Цель работы – ознакомиться с методикой расчета сварочных напряжений, методами экспериментального определения остаточных напряжений и способами (методами) их устранения.

Задачами, которые ставятся при выполнении работы, являются:

-  изучение методов теоретического и экспериментального определения продольных деформаций и напряжений при сварке пластин;

– освоение методики расчета продольных остаточных напряжений в пластине и построения упрощенной эпюры напряжений по сечению;

– получение практических навыков устранения или уменьшения остаточных сварочных напряжений.

Выполнив лабораторную работу, студент должен уметь:

– правильно назначать параметры термообработки и предварительного нагружения сварных элементов с целью уменьшения остаточных напряжений.

– определять степень уменьшения остаточных напряжений в пластинах при использовании инженерной методики расчета;

– использовать тензометрический метод оценки остаточных напряжений в сварных элементах.