66

Собственные напряжения при сварке

Расширение и сокращение металла от неравномерного нагрева или охлаждения, а также от структурных превращений образуют собственные или внутренние деформации и напряжения при сварке. В отличие от напряжений и деформаций, создаваемых внешними нагрузками, собственные деформации и напряжения существуют в сварочной конструкции и после снятия всякой нагрузки.

Собственные деформации и напряжения возникают при всякой обработке материалов. Это относится к литью, прокатке, штамповке, обработки резанием, вальцовке, клёпке и др. методам. Проблема собственных напряжений была сформулирована Н.В. Каламуцким ещё до изобретения сварки. На сварочные собственные напряжения указывал Н.Г. Славянов, который выявил причину их возникновения и предложил некоторые меры борьбы с их вредным влиянием.

При анализе напряжений при сварке металлов различают несколько видов деформаций:

1. Температурные деформации, вызванные изменением размера частиц металла при изменении температуры.

Линейные деформации:

Сдвиговые деформации  не возникают.

2. Наблюдаемые деформации _н, _н характеризуют изменение линейных и угловых размеров тел, которые можно зарегистрировать приборами.

3. Собственные деформации или внутренние, которые состоят из упругих _упр., _упр. и пластических _пл., _пл..

Все три вида деформации связаны между собой соотношениям:

_н=_упр+_пл+_

_н= _упр+_пл

Вследствие развития собственных деформаций возникают собственные напряжения, которые классифицируют по нескольким признакам.

По причине, их вызывающей делятся на напряжения, возникающие от механического деформирования при сборке, монтаже и правке; от деформаций из-за неравномерного нагрева; от неравномерного изменения объёма при фазовых превращениях.

По времени существования могут быть временными, существующие в период выполнения сварки и остаточные, устойчиво сохраняющиеся в течении длительного времени.

По характеру распределения различают одноосные(линейные), двухосные(плоские) и трёхосные(пространственные) напряжения.

Зная величину и распределение собственных деформаций несложно перейти к численным значениям собственных напряжений. В общем случае пространственное распределение деформаций и напряжений связано соотношениями

_х=2G*(_хупр+3/(1-2)*₀)

_y=2G*(_yупр+3/(1-2)*₀)

_z=2G*(_zупр+3/(1-2)₀)

₀=1/3(_хупр+_yупр+_zупр)

G=Е/2*(1+)

_хy=G*_xyупр; _yz=G*_yzупр; _xz=G*_xzупр;

Рисунок 1. Направление расчетных напряжений

Традиционно _х- обозначают напряжения, направленные вдоль линии сварного шва; _y- напряжения перпендикулярно сварному шву; _z-

Рисунок 2. Деформации балки

В результате воздействия на сварную конструкцию, имеющую остаточные деформации, технологической операции или эксплутационных нагрузок, в ней возникают вторичные деформации или напряжения. При сварке предварительно закреплённых элементов в них возникают реактивные остаточные напряжения, которые исчезают при удалении закрепления. Все виды деформаций разделяются на общие, изменяющие размеры и форму всего элемента или конс трукции, и местные, распространяющиеся только на отдельные детали или участки конструкции.

Рисунок 3. Местные деформации балки

Так f_max, l, B, h- на рисунке 2 - общие деформации; а f_i, - местные.