Деформации. Сварочные деформации. Напряжения

ХОД УРОКА

1. Организационный момент: 3 мин

- построение, сдача рапорта, перекличка, усаживание

на места, подготовка к занятию.

- ознакомление с темой, постановка целей

- ознакомление со структурой урока

(проверка опорных знаний, сообщение новых знаний, составление опорного конспекта, выполнение проверочного теста, получение домашнего задания и подведение итогов урока).

2. Основная часть

2.1. Актуализация знаний: 11 мин.

Словарь терминов

Деформации Механические напряжения

Изгиб Растяжение

Сжатие Сдвиг

Срез Кручение

Пластичность Коробление

Символы

предел упругости σ уп предел текучести σт

предел прочности σпр нагрузка F напряжение Р

площадь поперечного сечения S

Вопросы для фронтальной проверки знаний:

- что называется деформацией?

Деформация – это изменение формы или объема тела

под действием нагрузки

- какие виды деформаций бывают по характеру

проявления?

По характеру проявления деформации бывают упругие и пластические. Упругие – это те, которые исчезают после снятия нагрузки, а пластические – остаются. Поэтому их называют ещё остаточными.

- какие виды деформаций бывают по характеру

действия приложенных сил? Показать на

действующей модели.

По характеру действия приложенных сил различаются деформации растяжения, сжатия, изгиба, кручения, сдвига и среза. Срез возникает в том случае, когда величина прикладываемой нагрузки превышает предел

прочности материала тела

- объяснить, что происходит с телом при его

растяжении и сжатии.

При растяжении или сжатии обычно изменяется площадь поперечного сечения тела. Если растягивать – то уменьшается, при сжатии, наоборот, увеличивается. Эти деформации характеризуются относительным удлинением. Если оно положительное, то происходит растяжение, если отрицательное, то – сжатие

- объяснить, в чем сходство и различие деформаций

сдвига и кручения.

Деформацию кручения можно рассматривать как неоднородный сдвиг, а различаются тем, что к телу прикладываются различные виды нагрузки: при кручении – крутящий момент а при сдвиге – две силы в параллельных плоскостях в разном направлении

- что называется механическим напряжением?

В каких единицах его измеряют?

Механическое напряжение – это величина приложенной нагрузки на единицу площади поперечного сечения тела. В СИ механическое напряжение измеряется в Паскалях, как и давление, потому что

1 Па = 1 Н/м²

- с какими механическими характеристиками тесно

связано это напряжение; как они обозначаются?

Механическое напряжение тесно связано с характеристиками механических свойств материалов: пределом упругости, пределом текучести и пределом прочности, которые характеризуют прочность материала. Все они обозначаются буквой «СИГМА», но имеют свой индекс.

- объяснить, что характеризует предел упругости.

Предел упругости – это величина механического напряжения, при котором возникают упругие деформации, то есть те которые исчезают после снятия нагрузки

- объяснить, что характеризует предел текучести

Предел текучести – это величина механического напряжения, при котором возникают остаточные деформации, то есть те которые не исчезают после снятия нагрузки

- объяснить, что характеризует предел прочности

Предел прочности – это величина механического напряжения, при котором происходит разрушение.

Преподаватель обращает внимание обучающихся на словарь терминов, символы, которыми они должны пользоваться во время урока

Одновременно с ответами обучающихся проводится индивидуальная работа (3 обучающихся работают с заданиями)

обучающийся должен смоделировать все упоминаемые виды деформаций

Обучающийся должен на доске записать все упоминаемые обозначения

По окончании фронтального опроса преподаватель берет на проверку задания индивидуального решения. Если нет ошибок, то об этом объявляется сразу.

По окончании фронтального опроса преподаватель делает обобщение о том, что знание природы и видов деформации позволяет изучить такое явление, как сварочные деформации и понять механизмы их появления, а также принимать меры по их устранению.

2.2. Изучение нового материала

Вопросы урока

Общие сведения о сварочных деформациях и напряжениях.

Причины возникновения сварочных деформаций и напряжений.

Воздействие сварочных деформаций на различные виды сварных соединений.

Факторы, влияющие на величину и характер сварочных деформаций и напряжений

Раскрытие 1-го вопроса (9 мин)

Сегодня мы с вами познакомимся с отдельной группой деформаций – сварочными. Вы уже знаете, что такое деформации вообще. А сварочные деформации – это те, которые возникли при сварке.

Изделие после сварки

Любое тело, которое подвергается деформированию, испытывает сопротивление по отношению к той нагрузке, которая вызывает деформацию. Размеры деформации определяются величиной приложенного усилия. Чем больше это усилие, тем больше и деформация и соответственно сопротивление к ней. Это сопротивление оказывается силами, действующими как бы изнутри тела, и получило название напряжения. Другими словами, напряжение – это внутренняя сила, приходящаяся на единицу площади поперечного сечения тела. Таким образом, деформации и напряжения неразрывно связаны между собой.

Сварочные деформации в зависимости от времени существования бывают двух видов:

- временные (или переменные) которые существуют в сварной конструкции лишь в определенный момент времени. Если возникающее при этом напряжение не превышает предел упругости, то после охлаждения изделия деформации и напряжения исчезают.

- остаточные – остаются в изделии и после устранения причины, их вызвавшей. Возникающее при этом напряжение превышает предел текучести. Чаще всего это происходит в листовых или полосовых конструкциях. В этом случае принято говорить о короблении.

Коробление – это сварочные деформации, возникающие в тонких и плоских конструкциях.

По направлению действия напряжений и деформаций различают:

- продольные напряжения вдоль оси шва (параллельно)

- поперечные напряжения поперек оси шва

(перпендикулярно).

Поскольку деформации и напряжения неразрывно связаны друг с другом, при сварке могут возникают напряжения, которые могут действовать в различных направлениях:

- одноосные или линейные (действуют в одном направлении)

- двухосные или плоскостные (действуют в двух направлениях)

- объёмные или трехосные (действуют в трёх направлениях)

Вывод: вид сварочной деформации зависит от многих факторов, а напряжения могут действовать в различных направлениях.

Раскрытие 2-го вопроса (10 мин)

Причинами возникновения сварочных деформаций и напряжений являются:

- неравномерность нагрева металла при сварке.

Зона сварного шва имеет очень высокую температуру, а участки возле шва – гораздо меньшую. Под воздействием тепла металл, стремится расшириться, а ему не дают этого сделать более холодные участки основного металла. В результате этого возникают внутренние силы, стремящиеся вернуть металл, в прежний объем. Таким образом, возникают внутренние напряжения.

- литейная усадка металла:

сварной шов начинает остывать, и объём металла шва начинает уменьшаться, но около шовные участки, сохранив достаточное количество тепла, теперь стремятся не дать шву уменьшить свой объём. В результате этого возникают растягивающие напряжения, в соседних со швом участках метала. А металл шва становится более плотным, его объём сокращается, что вызывает уменьшение размеров детали.

Если напряжения превысят предел прочности металла, то возникнут трещины.

- структурные превращения в металле шва при остывании:

при нагревании и остывании в металле происходят структурные превращения при определенных температурах (например образование феррита, аустенита, перлита и др). эти структуры имеют разные формы кристаллических решеток с разными их размерами. Поэтому дополнительно возникают внутренние напряжения, также ведущие к деформациям. Однако, это в большей степени относится к высокоуглеродистым и легированным сталям.

Таким образом, подводим итог: основными причинами сварочных деформаций являются: (преподаватель подводит мысль обучающихся к этому вывод, а затем выводит слайд № 11)

- неравномерность нагрева металла при сварке

- литейная усадка металла

- структурные превращения в металле шва при остывании

Раскрытие 3-го вопроса. (12 мин)

В процессе и по окончании сварки всегда возникают сварочные деформации. Их можно уменьшить, но избавиться от них невозможно!

Мы сегодня познакомимся со сварочными деформациями, которые возникают при сварке разных видов соединений.

При сварке пластин встык свариваемые кромки перемещаются. При этом сварочный зазор может как уменьшаться (если свариваются широкие пластины), так и увеличиваться (если свариваются узкие пластины). Оба вида перемещений могут привести к некачественному формированию шва.

По окончании процесса сварки и остывании пластин деталь становится деформированной во всех трех направлениях: по длине, ширине и толщине.

Однако форма деформации зависит от размеров соединяемых деталей:

Так выглядит деформация после сварки пластин одинаковых по ширине незакрепленных пластин.

Так выглядит деформация после сварки узкой и широкой пластин

Так выглядит деформация после сварки пластин с прижимами, установленными на слишком большом расстоянии друг от друга

Вывод: конфигурация, направление и интенсивность сварочных деформаций зависит от размеров, типа и способа соединения деталей.

Раскрытие 4-го вопроса. (15 мин)

Задание: пользуясь учебником заполнить таблицу:
«Влияние технологических и конструктивных факторов»

 преподаватель вновь обращает внимание обучающихся на словарь терминов, которыми они должны оперировать на уроке, просит записать перечень учебных вопросов по изучаемой теме

Преподаватель

демонстрируется слайд № 3 Деталь перед сваркой

комментирует

преподаватель, демонстрируется слайд № 4

демонстрируется слайд № 5, с которого обучающиеся записывают нужную информацию в конспект по ходу объяснения

cлайд № 6 (обучающиеся записывают названия в опорный конспект по ходу объяснения)

слайд № 7

Комментарий преподавателя

Устно

слайд № 8

Комментарий преподавателя

Устно

Слайд № 9

Комментарий преподавателя

слайд № 10

обучающиеся записывают со слайда в опорный конспект

слайд №11

слайд № 12

показ слайдов со схемами деформаций и деформирован

ных изделий после сварки

слайд № 13

слайд № 14

слайд № 15 и образец

слайд № 16

слайд № 17

слайд № 18

слайд № 20

и образец

Преподаватель подводит обучающихся к этому выводу

Наименование фактора

Влияние

Как изменить или применить воздействие

Вид и способ сварки

Влияние формы шва

Режим сварки

Порядок и закрепление свариваемых деталей

Предварительный изгиб свариваемых деталей

Охлаждение свариваемых деталей

Подогрев свариваемых деталей

Степень концентрации теплоты: чем больше теплоты в одном месте, тем уже зона его влияния на пластичность

Х-образная разделка кромок уравновешивает сварочные деформации

Чем больше сила тока, тем больше погонная энергия, и больше деформации

При сварке напроход и в незакрепленных деталях – деформации больше

Зная угол загиба после сварки установить его заранее в обратном направлении

При дополнительном охлаждении пластические деформации сужаются, поэтому остаточных становится меньше

Уменьшается перепад температур и снижаются напряжения

Заменить рдс на автоматическую или п/а сварку в аргоне

Для толстого металла лучше использовать двухстороннюю сварку с Х-образной разделкой

Подбирать оптимальный ток

Сварку вести от середины к краям.Разбивать на короткие участки шов и каждый варить в обратном направлении. Жестко закреплять изделие при сварке

Широко использовать для стыковых соединений

Нельзя применять для чугунов и легированных сталей – образуются закалочные структуры

Проводить предварительный или сопутствующий подогрев

№№

вопроса

1

2

3

4

5

6

7

8

Вариант ответа

А

В

А

Б

В

Б

А

В