§ 4. Остаточные напряжения в сварных соединениях

Распределение остаточных напряжений в основных типах сварных соединений исследовано экспериментально и теоретиче­ски довольно широко. Продольные остаточные напряжения а_х в сварных соединениях, выполненных внахлестку, угловых и втавр, как по величине, так и по распределению в основном аналогичны напряжениям в стыковых соединениях, т, е. макси­мальные их значения в конструкциях из низкоуглеродистых и аустенитных сталей близки к а_т. Помимо продольных, в свар­ных однопроходных соединениях возникают также и поперечные остаточные напряжения а_у.

10 823

145

Короткие и узкие пластины, сваренные с большой скоростью, вследствие продольного укорочения при остывании стремятся согнуться, как показано на рис. 6-8, а. Из-за наличия связи воз­никают поперечные напряжения a_ih эпюра которых показана на

Рис. 6-8, Распределение поперечных напряжений о_;/ в стыковых однопроходных сварных соединениях

рис. 6-8,6. В длинных пластинах, сваренных с большой скоро­стью, по аналогичным причинам возникают напряжения а_у (эпюра па рис. 6-8, в).

Если сваривают

с малой скоростью пластины, имеющие за­зор, то уже в процессе сварки металл остыва­ет достаточно полно, и последний участок шва, остывая и сокра­щаясь, встречает пре­пятствие со стороны остальной части пла­стины. На конце соеди­нения возникают растя­гивающие остаточные напряжения а_у (эпюра на рис. 6-8,г),

При осесимметрич-ном разогреве (электрозаклепки, контактная точечная еварка) остаточные напряжения о_г и ст_; также осесимметрнчны (рис. 6-9). В центральной части они растягивающие и приблизительно рав­ны друг другу по величине, на некотором расстоянии от цент­ра оу—растягивающие, a a_t — сжимающие.

Распределение и величина остаточных напряжений в сварных стыковых соединениях большой толщины существенно зависят

30

20

W

о

-20 -30

	\"	i		-				г,СМ
			Лг
г	А	6	8 -6t	JJL	Ji-	~!Ч	— /4
\ \
		1

Рис. 6-9. Остаточные напряжения ov и а, после осесимметршшого нагрева

146

от способа и последовательности сварки. В многослойных свар­ных соединениях из низкоуглеродистых сталей напряжения а_х в шве близки к а_т, но несколько меньше в средней части по тол­щине. Распределение напряжений <y_v в V-образных соединениях jaiMECHT от характера закрепления свариваемых пластин. Кри-паи / на рис. 6-10, а относится к случаю сварки без закреплений, кривая 2,— когда угловой поворот пластин, вызываемый попе­речной усадкой валиков, совершенно устранен. Распределение

Рпс. 6-10. Остаточные напряжения при сварке швов большой толщины:

<v) напряжения z_v при многослойной сварке; б) напряжения з^,, a_v и <т_ч в шве плиты

толщиной 700 мм, сваренной электрошлаковым способом

напряжений при частичном повороте свариваемых пластин зани­мает промежуточное положение между кривыми 1 и 2. Наиболь­шие напряжения а_у, близкие к a_Ut могут образоваться в корне многослойного шва вследствие неравномерной поперечной усад­ки. В средней по толщине части шва напряжения а_у либо близ­кие к пулю, либо сжимающие.

В электрошлаковых сварных соединениях (рис. G-10, б) тол­щиной более 150—200 мм п глубине металла шва все три компо­нента напряжений являются растягивающими. На поверхности шва компонент а_х невелик; он может быть и растягивающим и сжимающим, а компонент сг_у — только сжимающим. Такое распределение вызывается двумя причинами: а) относительно малой шириной зоны пластических деформаций, по сравнению с толщиной металла, в этом случае появляется заметное сопро­тивление сокращению металла в направлении оси Oz\ б) нерав­номерностью температуры по толщине металла в период осты­вания соединения; более высокие температуры по оси соедине­ния создают дополнительную неравномерность в распределении напряжений <з_х и а_у.

При пайке соединений, если нагрев деталей производится равномерно, остаточные напряжения возникают при остывании

147

вследствие различных коэффициентов линейного расширения а припоя и материала детали. Например, медно-цинковые припои

имеют а ^(21 --22) -10

-6

родистые стали имеют а

грао (12^14)- Ю-⁶

в то время как низкоугле-1

град

■■ После остыва-

ния в данном случае в припое по плоскости спая возникнут двухосные растягивающие остаточные напряжения, близкие к о_т припоя.