Определение общих деформаций в сварном тавровом элементе.

Рис. 3. Образцы тавровых соединений: а - №1, б - №2.

После сварки продольного поясного шва или швов в тавровом элементе возникает условная усадочная сила F, которая создает его укорочение ∆. Усадочная сила приложена в центре тяжести сечения наплавленного металла. Так как усадочная сила приложена с эксцентриситетом относительно центра тяжести сечения тавра, то возникает изгибающий момент М, который изгибает тавровую балку (рис. 3).

Основные обозначения и формулы:

L - длина тавровой балки; b_f - ширина полки; t_f - толщина полки; h_ef - высота стенки тавра; k_f - высота катета сварного шва; t_w - толщина стенки тавра; A_w - площадь наплавленного металла шва; F₁ - усадочная сила при однопроходной сварке одного поясного шва; A - площадь сечения тавра; e - эксцентриситет приложения силы; F₂ - усадочная сила при однопроходной сварке двух поясных швов; q - тепловая мощность дуги; q_n - погонная энергия сварки; η - к.п.д. процесса нагрева; I - ток сварки (А); U_д - напряжение дуги; V - скорость сварки; В=170 – коэффициент для определения погонной энергии для сварки сталей.

Таблица 1. Значения коэффициента Q_v.

Виды сварки	Сварочные материалы	Qv, Дж/мм3
Ручная электродуговая	Электрод УОНИИ 13/45	65
	Электрод 48Н-1	46
Полуавтоматическая в СО2	Проволока Св-08ГС	38
Автоматическая и полуавтоматическая под флюсом	Проволока Св-08А; Флюс ОСЦ-45	65

Усадочные силы: F₁=q_nВ (Н); F₂=(1,3…1,44)F₁ (Н); (2, 3)

Погонная энергия сварки: q_n=Q_vA_w; q_n=q/V; (4, 5)

Тепловая мощность дуги: q=ηIU_д (6)

Продольное укорочение балки: ; (7)

Прогиб балки: ; (8)

Угловой поворот концов балки:  = ; (9)

Положение центра тяжести тавра: ; (10)

Эксцентриситет приложения усадочной силы: ; (11)

Изгибающий момент в тавре: ; (12)

Момент инерции тавра:

; (13)

При сварке продольных швов в балке таврового сечения кроме продольного укорочения балки и её прогиба возникают угловые деформации, которые складываются из деформаций изгиба полки  вследствие неравномерного поперечного сокращения металла по толщине полки и поворота полки тавра w как жёсткого целого в результате усадки шва в направлении гипотенузы.

При однопроходной односторонней сварке деформации изгиба полки ₁ определяется по номограмме в зависимости от отношения . При t_f=t_w погонная энергия, вводимая в полку .

При однопроходной двусторонней сварке тавровых соединений деформация изгиба полки ₍₁₊₂₎ вычисляется по формуле: ; (14)

где - деформация изгиба от усадки катета шва;

- относительная деформация, соответствующая пределу текучести металла шва;

D – коэффициент, определяемый по номограмме в зависимости от величины катета шва k_f, толщины полки t_f и t_w.

Угол поворота полки тавра w зависит от предварительного закрепления полки со стенкой. Если они предварительно сварены ниточным швом, углом w можно пренебречь. Если элементы балки собраны на прихватках, угол поворота полки от однопроходного одностороннего шва:

; (15)

где - коэффициент линейного расширения;

Т_х=750…800 ^оС – для низкоуглеродистых и низколегированных сталей;

m=0,7 – коэффициент, учитывающий сопротивляемость изгибу сварочных швов;

Х – расстояние от начала шва до сечения, где определяется угловая деформация.

Угол поворота принимается отрицательным, когда соответствующая половина полки пригибается к стенке.

Суммарная угловая деформация полки выражается через углы поворота ₁₁ и ₂₁ левой и правой половины полки относительно их исходных положений:

; . (16)