книга1 с (1085852), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

и в точечных сварных соединениях ни многослойных швов, участки

в глубине электрошлаковых со­единений). Пластические деформации металла при сварке в отсут­ствие концентраторов напряжений составляют 1—2 При нали­чии концентраторов—непроваров, несплавлений, шлаковых вклю­чений — пластические деформации могут быть настолько значи­тельны, что будет существенно исчерпываться деформационная способность металла, в некоторых случаях даже наступать его раз­рушение. При сложении остаточных напряжений с рабочими часто возникают небольшие пластические деформации, которые в подав­ляющем большинстве случаев не влияют на прочность (см. гл. 9).

ГЛАВА 8 ДЕФОРМАЦИИ КОНСТРУКЦИИ ОТ СВАРКИ

§ 1. Деформации и перемещения в зоне сварных соединений

Сварка вызывает искажение размеров и формы элементов свар­ных конструкций, их укорочение, изгиб, потерю устойчивости, закручивание. Эти искажения выражаются в перемещениях, кото­рые зависят от формы сварной конструкции, расположения швов в ней, толщины металла. Многообразные виды перемещений свар­ных конструкций порождаются относительно небольшим числом видов деформаций и перемещений, возникающих в зоне сварных соединений. Деформации и перемещения в зоне сварных соедине-

204

ний зависят от количества теплоты, вводимого при сварке, рас­пределения температур, свойств свариваемого металла.

Один из наиболее простых расчетных приемов определения пере­мещений сварных конструкций состоит в выделении двух самостоя­тельных этапов расчета. На первом находят деформации и переме­щения в зоне сварных соединений — эту часть называют термо­механической частью задачи, а на втором методами сопротивления , материалов или теории упругости определяют перемещения в кон­струкции, используя результаты, полученные на первом этапе. Эту часть называют деформационной частью задачи. Удобство такого приема состоит в том, что одни и те же результаты термомеха­нической части задачи, полученные один раз расчетным или экс­периментальным путем, могут затем многократно использоваться при решении деформационных задач для самых разнообразных видов конструкций.

Рис. 8.1. Сварная пластина с остаточными пластическими дефор­мациями

Различают пять основных видов деформаций и перемещений в зоне сварных соединений.

1. Продольные остаточные пластические деформации .создающие так называе-

мую усадочную силу В гл. 7 при определении

продольных напряжений по методу Г. А. Николаева на рис. 7.8, в была получена эпюра остаточных пластических деформаций Чтобы установить зависимость между усадочной силой рассмотрим более подробно состояние сваренной пластины.

Разрежем пластину шириной 2 Б на продольные полоски, чтобы освободить каждую из них от имеющихся напряжений (рис. 8.1, Концы полос расположатся так, как показано на рис. 8.1, Полоски, находящиеся за пределами зоны пласти-

ческих деформаций, будут иметь начальную длину Полоски

внутри этой зоны будут короче, потому что они имеют остаточную пластическую деформацию которую берут со знаком минус.

205

Укорочение Концы полос будут геометрически

повторять характер эпюры на рис.Приложим к уко-

роченным полосам растягивающие силы р, образующие в полосках напряжения чтобы длина всех полос стала одинаковой и равной

(8.1)

«Склеим» между собой полоски. При этом они образуют целую пластину с напряжениями „ , по концам в пределах зоны пла­стических деформаций. Остальная часть ширины будет свободна от напряжений. В действительности к торцам сваренной пластины никаких сил не приложено, поэтому уравновесим силы равными им по значению и противоположными по направлению Интеграл от распределенной нагрузки —р, взятый в пределах зоны пластических деформаций 2Ь_П, даст некоторую силу, кото­рая называется Фиктивной усадочной силой Р_ус. Поскольку _,или

(8.2)

где — толщина пластины.

вызовет по всей ширине равномерное сжатие и сформирует совместно с напряжениями которые образо-

вались в пределах зоны ... при растяжении полосок, эпюру оста­точных собственных напряжений которые были в пластине до ее разрезки на полосы. Укорочение пластины от силы выра­жается величиной

(8.3)

Таким образом, если пренебречь влиянием характера распре­деления сил по торцам пластины и заменить их силой , то бу­дем иметь пластину, нагруженную по концам швов. Собственные напряжения в разных точках по ширине могут быть определены по общему правилу вычисления напряжений в пластине, имеющей остаточные пластические деформации укорочения

(8-4)

и в формуле (8.4) отрицательны. Напряжения

показаны в сечении пластины на рис. 8.1, Как видим, определе­ние усадочной силы сводится к определению эпюры остаточных пластических деформаций которая может быть найдена

различными расчетными методами. Для исключения погрешностей, вызываемых различными допущениями в расчетных методах, уса- дочную силу часто определяют экспериментально. Для этого достаточно измерить длины полосок до сварки и после разрезки пластины, как это было изложено в гл. 7 при определении оста­точных напряжений. По разности показаний нужно найти измене­ние длины полосок . а затем определить где Б — длина базы измерения. По формуле (8.2) вычисляют Можно

206

измерить изменение длины пластины в результате сварки на какой-либо начальной базе а затем воспользоваться форму­лой (8.3) для вычисления

При сварке легированных сталей, испытывающих структурные превращения, в зоне пластических деформаций могут возникнуть и пластические деформации удлинения (рис. 8.2). У отдельных сталей сила может оказаться растягивающей, т. е.

В этом случае пластина после сварки удлиняется, а не укорачи­вается. Однако у подавля­ющего большинства метал­лов сила сжимающая. Для разных сталей и сплавов получены эмпири­ческие Фоомулы для вычи­сления в зависимости от условий сварки Для низкоуглеродистьгх и низ­колегированных сталей с пределом текучести до 300 МПа при дуговой

сварке стыковых, тавровых и нахлесточных соединений весьма жестких (с большой плошалью поперечного сечения) элементов за один проход значение выраженное в ньютонах, может

быть определено по формуле

(8.5)

где — эффективная мощность, Дж/с; — скорость сварки, см/с; — удельная погонная энергия сварки, Дж/см²;

— расчетная толщина сва­риваемого элемента, см;

в стыковых или угловом соединении пластин толщиной и (рис. 8.3, а, б) или в

тавровом или нахлесточном соединении (рис. 8.3, в, г). Формула (8.5) действительна в диапазоне ,„ от 4000 до Рис. 8.3. Сварные соединения, выполнен- 38 000

ные однопроходной сваркой В случае МНОГОПрОХОДНОЙ

сварки зоны пластических деформаций от последующих слоев могут перекрывать зону плас­тических деформаций, образованную ранее уложенными слоями. При сварке таврового соединения последовательно двумя одина­ковыми угловыми швами, зоны пластических деформаций кото­рых перекрываются, суммарная усадочная сила от двух швов составляет 1,3—1,45 усадочной силы от первого шва. При ук-ладке большего числа слоев данные приведены в справочнике

207

Из-за нагрева кромки усадочная сила возникает и при резке металла, Погонная энергия при газовой резке стали, приходя­щаяся на одну кромку для толщин см, равна

(8.6)

где s выражено в см, а — в Дж/м.

2. Равномерные "по толщине поперечные остаточные пластические деформации интеграл которых дает поперечную у с а д -к у /При нагреве или проплавлении целой пластины движу-

щимся источником теплоты в ней помимо продольных собственных

деформаций возникают и попереч­ные собственные деформации которые обычно создают попе­речные пластические деформации

Металл от нагрева рас- . ширяется — в нем возникают на­пряжения сжатия. Наиболее низ­кие значения наблюдаются в области высокого нагрева, где и образуются пластические дефор­мации На рис. 8.4, б показан примерный характер распределе­ния по ширине пластины. Если точку О по оси шва (рис. 8А,а) принять как неподвижную, то можно определить перемещения точек А, В, D в направлении

к оси шва как интеграл

(рис. 8.4, в), где верхний предел интегрирования принимает зна­чения Точки В и D одинаково смещаются к оси шва, так как зона поперечных пластических деформаций ограничена размерами и а точки В и D находятся за ее пределами. Ширина пластины сокращается на размер

(8.7)

В стыковом соединении пластин с зазором (рис. 8.5, а) рас­ширение металла в поперечном направлении происходит намного свободнее, чем при сварке целой пластины. Нагреваемые кромки достаточно свободно перемещаются в зазор, в результате чего возникают перемещения v, показанные на рис. 8.5, б. Максимально возможное перемещение каждой кромки при отсутствии тепло­отдачи в воздух

(8.8)

208

где — мощность, вводимая в обе кромки (в каждую кромку вво-дится —скорость сварки;— толщина листа; —коэф-

Характеристики

Список файлов книги