Тема: Концентрація і розподіл напружень в зварних з’єднаннях

1. Напружений стан біля концентраторів напружень (див. Матеріал практичної 1)

2. Причини виникнення концентрації напружень в зварних конструкціях

Концентрації напружень в зварних конструкціях виникають по наступних причинах:

- технологічні дефекти шва (газові та шлакові включення, тріщини і непровари) біля цих дефектів при навантаженні силові лінії викривляються, внаслідок чого виникає концентрація напружень. Коефіцієнти концентрації напружень біля вказаних дефектів значні, але при їх невеликій к-сті та розмірах міцність зварних з’єднань залишається задовільною

В однорідних стикових швах концентрація напружень може бути зведена до мінімуму.

- нераціональні контури швів (на основі даних теорій пружності встановлено, що контур швів чинить значний вплив на розподіл в них внутрішніх сил).

- нераціональні конструкції з’єднань.

Напружений стан при однопрохідному зварюванні

1. Розподіл напружень в стикових швах

В стикових з’єднаннях з обробленими гладкими поверхнями швів, що немають внутрішніх дефектів (непроварів, тріщин, пор, шлакових включень) напруження від повздовжньої сили розподіляються по поперечному перерізі елементів, що з’єднуються рівномірно і визначаються за формулою.

Рис – Розподіл напружень в стиковому шві

Коли повер. шва має форму показану на рис. (а), розподіл напружень по перерізі стає нерівномірно, зона шва, що з’єднується з основним металом сприймає концентрацію напружень.

Середнє значення напружень на осі шва менше напружень основного металу . Теоретично встановлюють, що концентрація напружень може мати 3 причини:

1. Концентрація напружень, що цей коефіцієнт концентрації називається коефіцієнт форми ,він залежить від величини m, що визначається за формулою .

Де S- товщина з’єднуваних елементів;

S – товщина в зоні шва;

b- напів ширина підсилення, якщо m<3, то коефіцієнт форми шва визначається за формулою

де p- радіус заокруглення в зоні шва з основним металом (заміряється);

- функція від m.

Якщо m>3, тоді

Де де b- концентрації напружень внаслідок зміщення кромок дет.

а) зміщення кромок з’єднувальних деталей;

б) згин стикового шва.

Коефіцієнт зміщення визначається за розрахунковою формулою.

Де - зміщення кромок; S- товщина зварювальних елементів.

в)Концентрація напружень в результаті місцевого згину спричиненою залишковою деформацією при зварюванні і визначається величинами c і j (рисунок б).

Коефіцієнти концентрації характеризують розподіл напружень лише при роботі з’єднання в межах окремих деформацій. Коли результуюча деформація перевищує , зростання напружень в з’єднанні припиняється і відбувається його вирівнювання.

Концентрація деформацій продовжується збільшуватись до моменту руйнування.

Стикові шви (дугового, контактного, електронно-променевого) є оптимальними з погляду концентрації напружень. При якісному технологічному процесі, відсутності пор, не проварів, включень, зсуву кромок при доведені до мінімуму залишкових місцевих зварювальних деформацій і при раціональному контурі швів в їх нових сполученнях з основним металом результуючий коефіцієнт концентрації напружень може бути зведений до значень близьких до одиниці, в інших типах з’єднань такий результат отримати необхідно.