Лабораторная работа № 5 Распределение напряжений в стыковых швах

Ц е л ь р а б о т ы: ознакомиться с деформацией сварочной конструкции вследствие возникновения внутренних напряжений.

Краткие теоретические сведения:

В стыковых соединениях с обработанными гладкими поверхностями швов, не имеющих внутренних дефектов — непроваров, трещин, пор, шлаковых включений, напряжения от продольной силы распределяются по поперечному сечению соединяемых элементов равномерно и определяются по формуле:

(1);

Когда поверхность имеет форму, показанную на рис. 5.1. а, распределение напряжений по сечению становится неравномерным. На рис. 5.1. б показано распределение напряжений в стыковом соединении при (рис. 5.1, а). Зоны шва, сопрягаемые с основным металлом, испытывают концентрацию напряжений. Средние напряжения на оси шва несколько меньше напряже­ния в основном металле вне соединения.

Теоретическим путем установлено, что концентрация напряжений в зоне стыкового шва может иметь три причины:

1. Концентрация напряжений, определяемая очертанием шва.

Назовем этот коэффициент концентрации коэффициентом формы . Он зависит от величины:

(2)

(3)

Где s – толщина соединяемых элементов;

– утолщение в зоне шва;

– полуширина шва; (рис. 5.1, а).

Рис.5.1

2) Концентрация напряжений в стыкуемых элементах вследствие смещения кромок соединяемых деталей (рис.5.2, а). Обозначим этот коэффициент концентрации . Он равен

(6)

где , — размер смещения кромок; —толщина свариваемых элементов.

3. Концентрация напряжений в результате местного изгиба, вызываемого остаточной деформацией при сварке, определяемой величинами (рис. 5.2, б).

Коэффициенты концентрации характеризуют распределение напряжений лишь при работе соединения в пределах упругих деформаций. В тех случаях, когда результирующая деформация е_рез превышает е_т, рост напряжений в соединений прекращается и происходит их выравнивание. Концентрация же деформаций про­должает увеличиваться до момента разрушения.

Рис.5.2. Депликация (а); и изгиб стыкового шва (б).

Концентрация напряжений, возникающих в зоне пор, имеет пространственный характер. Как показывают теоретические расчеты, коэффициенты концентрации напряжений возле сферических пор в 1,5 раза меньше концентрации в зоне цилиндрических отверстий того же радиуса и положения относительно поверхности.

Стыковые швы при всех видах сварки — дуговой, контактной, электроннолучевой — являются оптимальными с точки зрения концентрации напряжений. При доброкачественном технологическом процессе, отсутствии пор, непроваров, включений, смещения кро­мок, при доведении до минимума остаточных местных сварочных деформаций и, наконец, что особенно важно, при рациональном очертании швов, их плавных сопряжениях с основным металлом результирующий коэффициент концентрации напряжений может быть сведен до значений, близких к единице. В других типах соединений такой результат получить практически невозможно.

Порядок выполнения работы

1. Снять внешние характеристики деформации пластины после проведения сварочных работ, выполнив следующие операции:

а) установить в посадочные места на установке и вывести на «нуль» микрометры часового типа ИЧ;

б) установить проверяемую плиту на установку таким образом, чтобы исключить перемещение краев по оси ОУ;

в) провести три замера;

г) переустановить плиту таким образом, чтобы сварочный шов находился с другой стороны;

д) повторить пункты б), в) для этого положения;

2. По результатам измерений (протокол 1) построить трехмерную диаграмму деформаций плиты.

3. Рассчитать напряжения, возникающие в местах максимального изгиба.

4. Сравнить рассчитанные напряжения с максимально допустимыми для данной марки стали

5. Сделать выводы о возможности эксплуатации данной марки стали в данных условиях.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Краткое описание теории процесса.

3. Определение линейных деформаций.

4. Результаты измерений опыта (протокол 1).

5. График деформаций плиты.

6. Расчеты, возникших напряжений и их сравнение и допустимыми.

6. Выводы.

Техника безопасности при выполнении лабораторной работы

В целях избежания несчастных случаев и травматизма при выполнении работы необходимо соблюдать следующие правила техники безопасности.

1. Включать и выключать рубильники питания установки и балластного реостата только по указанию учебного мастера.

2. Все подготовительные операции производить только при выключенном выпрямителе.

3. Не касаться во время работы токоведущих частей установки.

4. Установку, переустановку плиты осуществлять только на специально отведенном месте.

Протокол 1

Результаты измерения параметров

линейной деформации плиты, l мкм.

№ линий	№ точек			Максимальное напряжение
	1	2	3
1
2
3
4
5
6

Контрольные вопросы

1. Как возникает внутреннее напряжение в свариваемой пластине?

2. На какие параметры соединения влияют внутренние напряжения?

3. Каким образом можно уменьшить внутренние напряжения?

4. Какие необходимо предпринять действия для избегания деформаций?

5. Нарисуйте схему распределения внутренних деформаций от центра сварочного шва.

6. Поясните точку перехода от растягивающих напряжений к сжимающим на диаграмме напряжений.