9.13 Типові поля залишкових напруг в зварних

конструкціях

9.13.1 Однопрохідне зварювання пластин в стик

Розподіл напруг в поперечному перерізі зварного шва (рисунок 9.10).

При нагріванні в металі шва виникає пластична деформація стиску. При охолодженні пластин має місце пластична деформація розтягу, але тому що деформація у першому випадку більша, то сумарна деформація являє собою деформацію скорочення, якій у металі шва та біляшовній зоні будуть відповідати напруги розтягу.

Така картина розподілу напруг має місце при зварюванні титанових сплавів та в загальному випадку при зварюванні матеріалів, у яких не відбувається структурних перетворень при Т < 600 °С, жорстких (тобто з товщиною більше 6 мм) або у тих, що зварюються у жорстких пристосуваннях, тобто в конструкціях, у яких не відбувається втрати стійкості. При зварюванні конструкцій з товщиною менше 6 мм розподіл залишкових нормальних напруг відображено на рисунку 9.11.

При зварюванні алюмінію та його сплавів залишкові напруги розподіляються у відповідності з рисунком 9.12.

Зниження у зоні шва пояснюється тим, що наклепаний алюміній в області високих температур відпалюється і величина напруг відповідає межі текучості алюмінію у відпаленому стані.

При зварюванні легованих сталей при Т < 600 °С відбуваються структурні зміни. Характер розподілу напруг у даному випадку відображає рисунок 9.13.

При зварюванні, на етапі охолодження конструкції, напруги, що розтягують, переходять у стискаючі (високотемпературна область), які можуть залишитися стискаючими після повного охолодження (лінія 1). У багатьох випадках стискаючі напруги при подальшому охолодженні можуть перейти у ті, що розтягають (лінія 2).

Розподіл напруг по вісі зварного шва. Характерним є зростання напруг на ділянках, прилеглих до країв пластини. Відстань L_х, де досягають стабільної величини, відрізняється для різних повздовжніх перерізів. Так, по вісі зварного шва та в зоні пластичної деформації розтягуючи напруги досягають стабільної величини на відстанях від краю рівних приблизно половині ширини пластини В (рисунок 9.14, а), а стискаючі по краю пластини (рисунок 9. 10, а) досягають стабільної величини на відстанях (рисунок 9.14, б).

У пластині крім повздовжніх діють також поперечні напруги , характер розподілу яких визначається режимом зварювання, шириною пластини і характером її закріплення, тощо.

9.13.2 Розподіл залишкових напруг при багатопрохід-

ному зварюванні в стик

П ри багатопрохідному зварюванні виникають нормальні повздовжні напруги , поперечні та по товщині металу . При товщині металу менше 80 мм опір усадці матеріалу по товщині незначний. Тому .

При накладанні кожного чергового валика формування шва відбувається як і при однопрохідному зварюванню. При цьому нижчележачі шари незначно впливають на розподіл напруг у верхньому шарі.

Розподіл по вісі Z приблизно рівномірний (рисунок 9.16, б) і якісно подібний однопрохідному зварюванню.

Причиною формування поперечних є поперечна усадка накладеного валика і сильний вплив поперечної усадки наступних валиків. У зв’язку з цім розподілення по товщині характеризується нерівномірністю.

При накладанні кожного валика відбувається його поперечна усадка та в ньому виникають розтягуючи напруги. Нижче лежачі шари перешкоджають цьому і в них виникають стискаючі напруги. Якщо конструкція зварюється без жорстких пристосувань (діють кутові деформації), то поперечні напруги розподіляються у відповідності з лінією 2 (рисунок 9.16, в). Тобто в корені шва виникають поперечні напруги, що розтягують (лінія 2, ділянка 1 – 0). У центральній частині зварного шва (лінія 2, ділянка 1 – 2) будуть виникати напруги, що стискають, а у верхній частині напруги, що розтягують.

Якщо конструкція зварюється в жорсткому пристосуванні, то не діють кутові деформації і у корені шва будуть поперечні напруги стиску, а у верхній частині зварного шва будуть напруги розтягу.

9.13.3 Розподіл тимчасових напруг та деформацій при

зварюванні

На рисунку 9.17 показано термічний цикл у т. А, у якій на етапі нагрівання виникають нормальні повздовжні та поперечні напруги стиску. По мірі зростання температури (ділянка t₀ – t₁) ці напруги зростають і досягають максимуму у точці t₁. Після проходження максимальної температури ці напруги переходять у ти, що розтягують, які зростають зі зменшенням температури. Окрім нормальних напруг виникають зсувні деформації та відповідні їм дотичні напруги, які на етапі нагрівання можуть мати значну величину, а на етапі охолодження вони незначні.

Додатково по п. 9 дивись [14].