ТИПИЧНЫЕ ПОЛЯ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

 

ОСТАТОЧНЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ В ПРЯМОЛИНЕЙНЫХ ОДНО- И МНОГОПРОХОДНЫХ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЯХ

 

Для случаев однопроходной сварки встык с полным проплав­лением пластин (рис. 11.11, а) из низкоуглеродистой стали рас­пределение остаточных продольных напряжений s_х в поперечном сечении имеет характерный вид, представленный на рис.

 

а - вид сварного соединения	б – остаточные пластические деформации	в – остаточные продольные напряжения	г - остаточные продольные напряжении с учетом потери устойчивости

 

 

Причина возникновения остаточных напряжений s_х — остаточные пластические деформации укорочения e_хпл в шве и околошовной зоне на ширине 2b (рис. 11.11, б).

В про­цессе сварки

на стадии нагрева происходят пластические дефор­мации укорочения, а

на стадии охлаждения — пластические деформации удлинения.

 

Так как пластические деформации на стадии нагрева по абсолютной величине больше, чем на стадии охлаждения, остаточные пластические деформации представляют собой деформации укорочения.

Вследствие этого в шве и около­шовной зоне на ширине 2b возникают остаточные растягиваю­щие напряжения, имеющие максимальное значение s_{х mах} в шве (рис. 11.11, в).

Эти напряжения уравновешены напря­жениями сжатия в основном металле.

 

 

Приведенное на рис. 11.11, в распределение остаточных напряжений характерно для случаев, когда сварные пластины не теряют устойчивости, т. е. не нарушается их плоскостность. Это имеет место при сварке пластин в жестком приспособлении, препятствующем нарушению плоскостности, а также приближенно и при сварке пластин средней толщины 6...15 мм в свободном состоянии. При сварке менее жестких пластин (< 6 мм), как правило, происхо­дит потеря устойчивости, существенно изменяющая распределе­ние напряжений, в особенности напряжений сжатия (рис. 11.11, г).

При сварке низкоуглеродистых сталей максимальные оста­точные напряжения s_{х mах}, как правило, близки к пределу теку­чести металла шва. Эпюра остаточных напряжений, приведенная на рис. 11.11, в, характерна для сварки пластин из низколегированной и аустенитной сталей, титановых сплавов или в общем случае для сварки металлов и сплавов, не претерпевающих структурных превраще­ний при температурах Т< 600...700 °С.

 

При сварке аустенитных сталей максимальные остаточные напряжения s_{х mах} обычно превос­ходят предел текучести. Это, по-видимому, связано с большим коэффициентом линейного расширения, а как следствие, большой пластической деформацией, вызывающей упрочнение металла с образованием высоких значений продольных остаточных напряже­ний.

 

Остаточные напряжения в легированных сталях, претерпе­вающих структурные превращения на стадии охлаждения при низких температурах (Т< 600...500 °С), могут иметь принципиаль­но иной характер распределения.

 

При многопроходной сварке пластин встык в общем случае возникают остаточные напряжения — продольные s_x, поперечные s_у и в направлении толщины s_z.

 

Однако при толщинах < 40...80 мм сопротивление усадке металла по толщи­не незначительное, и поэтому напряжения s_z малы.

 

При укладке каждого очередного валика многослойного шва формирова­ние продольных напряжений s_x качественно подобно однопроходной сварке. Последующие валики незначительно изменяют значение остаточных напряжений s_x, и поэтому их распределение по толщине можно считать равномерным.

 

Формирование поперечных напряжений s_у происходит вслед­ствие поперечной усадки укладываемого валика и под сильным воздействием поперечной усадки последующих валиков. В связи с этим распределение напряжений s_у по толщине отличается значительной неравномерностью.

 

 

Виды сварочных деформаций

1. Деформации в плоскости свариваемых деталей (рис. 55, а), когда перемещениями в направлении третьей оси (по толщине) можно пренебречь. Такие деформации, например, возникают при сварке пластин, которые не теряют устойчивости и не выходят из плоскости из-за неравномерной по толщине пластины поперечной усадки.

 

рис. 55, а	рис. 55, б, в

 

2. Деформации в плоскости, перпендикулярной шву (рис. 55, б, в), например, деформации грибовидности и углового поворота.

 

3. Деформации изгиба конструкций типа балочных (рис. 55, г). В этом случае продольная ось балки искривляется вследствие усадки швов в продольном или поперечном направлении.

рис. 55, г	рис. 55, д, е

 

4. Деформации потери устойчивости листовых элементов конструкций (рис. 55, д, е). Под действием сжимающих остаточных напряжений происходит коробление, форма которого может иметь самый разнообразный вид. Общими являются значительные по величине перемещения листовых элементов в направлении из плоскости листа.

 

5. Деформации скручивания относительно продольной оси (рис. 55, ж).

рис. 55, ж	рис. 55, з, и

 

 

6. Деформации оболочковых конструкций от заварки кольцевых и продольных швов, а также от заварки круговых и криволинейных швов на поверхностях вращения (рис. 55, з, и).

7. Деформации сложных конструкций типа рам, станин, блоков двигателей и т. п., когда возникающие деформации состоят из нескольких видов, влияют друг на друга и вызывают специфические для каждой конструкции искажения ее форм.

 

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: