Алешин_Справочник_Сварка. Резка. Контроль_2004_1 том (Н.П. Алешин, Сварка. Резка. Контроль. Справочник, 2004), страница 15

Механизм их образования описан в разд. 1.4.2. Из рис. 1.31 видно, что распределение напряжений связано с распределением температур при прохождении сварочного источника. Часть сечения шириной 2Ь „нагревшаяся выше некоторой температуры Т, и испытавшая при нагреве пластические деформации укорочения, растянута до напряжения„ близкого к пределу текучести материала он Остальная часть сечения сжата. Эпюра наприжений а уравновешена по сечению. На рис. 1.32 даны примеры экспериментально полученных эпюр продольных осшточных напряжений в однородных сварных соединениях из металлов, не испытывающих влияния структурных превращений.

Структурные превращения, сопровохсааюшиеся изменением объема, а также сварка присадочным металлам, отличающимся от основного. приводит к более сложной картине с чередованием ряда растянутых и сжатых зон (рис. 1.33). СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ 55 бо + зт"з Рнс. 1З1. Схема действнн усалочной снлы Р, Рпс.

1.33. Распределенно по ширине пластины продольных остаточных напряжений в сварных свелпненвях из различных сплавовз Н, А — ннзкоуглеролнсгые и аустенитные стали; А1, Т1 — алюминиевые н тниновые сплавы Перемещения, возннкающне в сварной конструкции в результате сварки, такие же, как прн приложении по концам шва двух сжнманнцнх сил (см. рис. 1.31). Приложение этих фиктивных снл, называемых усадочными, является наиболее простым инженерным методом расчета перемещений конструкции под действием продольной усадки швов.

Значение усадочной силы Р„, (в ньютонах) зависит от уровня растягнвающнх напряжений (от пределатекучесгн материала) н от площади части Рнс. 1ЗЗ. Распределение нрелольных остаточньм ннпрнжений в пластинах ю мвртенснтиой сталнз а — присадочный меилл — мартснснтнал сталь; я — прнсалочный металл — аустеннпмя сталь сечення с растягнвмощимн напряжениями (от количества теплоты, внеденной на единицу длины шва, т.е. от погонной энергии сварки). Прн сварке напроход весьма жесткой сварной конструкции Русе = В ° (1.4.1) уев где д — часть мощности (в ваттах) сварочного источника, попадающая в элемент конструкцнн, для которого рассчитывается усалка (см.

разя. 1.2); у„-скорость сварки, ммlс, В случае ограниченной жесткости вносятся поправка, увеличивающая значение Рм по сравнению с Р, (см. разд. 1,4.4, п. Е). Формула (1.4.1) пригодна также для определенна Р, от газовой резки. Коэффициент В определяют экспериментально путем сварки н обмера образцов. При сварке алюминиевых сплавов В = 140...150 для стыковых швов и 160...170 для тавровых с одним угловым швом. Для конструкционных сталей установлена завпснмосп, В от погонной энергни: Глава !. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ а Вооо '4 до ср (1.4.2) !3 =3 — — 0,1 броз лорен« мдл д Дж Дж где до = , д! = 768 ; пз = 126 ч„я мм мм здесь з — толщина свариваемых пластин (средняя толщина при сварке пластин разной толщины).

При многопроходной сварке зоны пластических деформаций от следующих проходов частично перекрывают предыдущие„поэтому каждый проход дает дополнительную силу Р„, порядка 15 оА от возникающей после первого прохода. Для прерывистого шва Р„ пропорциональна отношению длины участка шва к шагу прерывистого шва.

При сварке «от середины» Рго на 15...20 «А меньше, чем при сварке напроход. Усадочная сила от одно- Я з рялного точечного соединения Р = 75,2 — г!зо, тр где л — суммарная толщина свариваемых пластин; à — шаг точек; к| то — радиус зоны, прогретой при сварке до ! 50 РС, найденный экспериментально или из тепловых расчетов (размеры о миллиметрах, сила в ньютонах). Б. Поперечные деформации и перемещения (поперечная усадка). При однопроходной сварке пластин происходит их взаимное перемещение навстречу друг другу на величину поперечной усадки: где А — безразмерный коэффициент, учитывающий влияние глубины проплавления на !3 „(при луговой стыковой сварке с полным проплаалением А = 1...1,2, при неполном проплавлении А < 1);а — коэффициент температурного расширения; ср — обьемная теплоемкосп . При расчете поперечной усадки от таврового или нахлесточного сварного соединения необходимо учитывать только ту часть мошности д, которая попадает в рассчитываемый элемент (см.

раж. 1.2). Поперечные остаточные напряжения зависят от жесткости закрепления свариваемых деталей. При сварке свободных от закрепления деталей они невелики, при заварке последнего шва в жестком контуре могут достигать предела текучести металла. При сварке больших тслшии и заварке дефектов возникают трехосные расгягивающие напряжения и их компо- неиты могут существенно превосходить предел текучести.

При многопроходной сварке, если происходит взаимный поворот свариваемых деталей„имеют место расгягивающие напряжения в корне шва (эпюра С на рис. 1.34). В случае предотвращения углового перемещения в корне шва появляются напряжения сжатия (эпюра 3). В. Перемещения из плоскости детали )Р. Угловые перемещения )3. Смещения кромок !3» Главной причиной этих видов деформации являются продольная и поперечная усадки.

Угловое перемещение чаще всею вызвано неравномерностью поперечной усадки по толщине пластины. Если пластина прогрета при сварке с лицевой стороны сильнее, чем с обратной, то и усадка на лицевой стороне больше. В результате возникают взаимный поворот свариваемых пластин вокруг оси шва на угол 13 (см. рис.

1.30, о) и перемещение из плоскости свариваемой детали )Р'. Угсп 13 тем больше, чем сильнее асимметрия сечения шва относительно середины толщины пластины. Наибольшие угловые перемещения наблюдаются при наплавке и при сварке угловыми швами (см. рис. !ЗО, б). Для приближенных расчетов рекомендуется формула где К вЂ” катет шва; х — толщина пластины. Рис. 1З4. Распролелевяе оо толщине пластины б поперечных остаточных напри«евай в многослойном щоо: С вЂ” пря сварке свободных (незакрепленных) пластин; 3 — орн сварке с закрепленном от угловых перемещений СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ 57 Перемещения И'в виде валнистости пластин возникают в результате потери устойчивости под действием сжимающих продольных нли поперечных остаточных напряжений (см.

рис. 1.30, д, е). Уаювнем потери устойчивости является превышение критического уровня сжимающих напряжений в пластине. Критическое напряжение пропорционально квадрату отношения тснщины пластины к меньшему из двух остальных размеров и зависит от условий закрепления ее контура.

Расчетные формулы для различных плоских и прямоугольных пластин можно найти в справочниках по расчету пластин и оболочек. Расчет перемещений в конструкции после потери устойчивости весьма сложная задача, которую рекомендуется решать с помощью компьютерных про~рамы. При сварке встык тонких листов возможна потеря устойчивости от поперечных сжимающих напряжений на сидни нагрева.

В результате сварка фиксирует взаимный поворот соединяемых деталей или поперечное смешение кромок. Можно рассчитать максимальное расстояние между прижимными планками, прн котором сжимающее напряжение еще не превыситкрнтического значения. Перемещение в направлении толщины детали И' возникает при продольной и поперечной усадках, если пластины непласкне (при аварке цилиндрических, сферических н других оболочек). Эта связано с тем, что прн изменении длины кольцевого шва (при продольной усадке) меняется и радиус кольца (радиус оболочки в месте наложения швов) (см.

рис. 1.30, з). В справочниках по теории упругости оболочек имеются формулы для 1жсчегв рэлиапьного перемещения стенки цилиндрической оболочки под действием кольцевой распределенной нагрузки Д Эти формулы аналогичны уравнениям изогнутой оси упругой балки. Продольная усадочная сила в кольцевом шве радиуса г приводится к эквивапенпюй кольце- Р, вой нагрузке по формуле Д = — . г Прн неодинаковом продольном расширении кромок свариваемых цилиндрических деталей возникающее перемещение И' может быть причиной углового нли поперечного взаимного смещения кромок кольцевого швп. Эти смещения могут нарушить процесс сварки, а также фиксирувзгся сваркой в виде искажений формы и размеров сварного соединения. Г. Накопление в процессе сварки взаимного продольного Ь„ и попереч- ного Л смещений кромок шва. Прн сварке идет расширение, а затем сокращение металла швв н прилежащих частей сварнваемых деталей.