СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

МЕТОД РАСЧЛЕНЕНИЯ

Для определения сварочных деформаций и перемещений, помимо принципа одновременности заварки шва по всей длине, используют также расчленение задачи на термомеханическую и деформационную. В термомеханической задаче определяют уса­дочную силу, поперечную усадку и другие элементы деформации, возникающие в сварном соединении. В деформационной задаче вычисляют деформации и перемещения конструкции в целом.

Поясним это на простейшем примере. Допустим, свариваются три полосы (рис. 56). Если известна усадочная сила от одного шва Р^, а также поперечная усадка Апоп, возникающая при заварке одного шва, то можно просто определить’укорочение пластин в продоль­ном и поперечном направлениях. Продольную усадку пластин можно определить путем решения задачи об укорочении пла­стин под действием сил РуС, поперечная усадка составит 2АпоП.

Приведенный пример простейший. Деформации сварной пла­стины определяют без рассмотрения всего процесса сварки; оста­точные напряжения также не определялись. Деформации рассчи­тывали обычными способами, известными в курсе сопротивления материалов. Это оказалось возможным, потому что вся задача об определении остаточных деформаций была рас­членена на две самостоятельные задачи. Первая задача об усадочной силе и величине попереч­ной усадки является термомеханической зада­чей теории сварочных напряжений и деформа­ций. Вторая задача об определении деформа­ции пластины в целом является деформа­ционной, использующей методы сопротивления материалов. Здесь сварочный процесс как та­ковой не рассматривали, использовали лишь результаты, полученные на отдельных соедине­ниях.

Преимущества такого расчленения задачи на две самостоятельные заключаются главным образом в том, что нет необходимости опреде­лять каждый раз в сложной конструкции ве­личину усадочной силы. Образование усадоч­ной силы можно выделить в отдельную само­стоятельную задачу. Хотя величина усадочной силы и зависит от жесткости конструкции, но с достаточной для практических целей точностью ее можно принимать и независящей от жесткости.

Точно так же можно отдельно определять величину поперечной усадки сварного соединения и вводить ее в расчет деформаций сварной конструкции с учетом конфигурации. Одна и та же попе­речная усадка может вызвать различные деформации в зависимо­сти от конкретного расположения сварного соединения и жест­кости конструкции.

В качестве составляющих элементов, используемых в деформа­ционной задаче, могут быть названы следующие:

1. Продольная усадочная сила, величину которой вычисляют в предположении абсолютной жесткости свариваемых элементов. Однако сила приложена к элементам, обладающим ограниченной жесткостью. Усадочная сила возникает как в стыковых, так и
в угловых сварных соединениях, т. е. в любых протяженных пря­молинейных и криволинейных сварных соединениях.

2. Равномерная составляющая поперечной усадки Апоп, най­денная при условии беспрепятственного поперечного сокращения со стороны других элементов. Препятствие усадке в самом свари­ваемом элементе в плоскости продольного сечения шва может иметь место. Например, при неполном проваре листа угловым швом (рис. 55, б) полка тавра сокращается по ширине на величину Апоп, испытывая препятствие со стороны более холодных нижних слоев металла полки. На величину Апоп сокращаются также листы при сварке встык.

3. Неравномерная составляющая поперечной усадки, оцени­ваемая обычно углом р, возникающая при сварке встык, а также при сварке угловыми швами.

4. Смещение кромок листов Аг в направлении оси OZ, возни­кающее, например, в результате неправильной сборки элементов или неравномерных перемещений листов при сварке, как это имеет место иногда в кольцевых швах.

5. Смещение свариваемых элементов Д* относительно друг друга в направлении оси ОХ. Эти смещения могут возникать в ре­зультате неодинаковых сдвиговых деформаций металла в момент сваривания кромок. В замкнутых профилях это приводит к де­формациям скручивания. Смещения Ах могут возникать также в нахлесточных роликовых и точечных соединениях за счет на­капливания сдвига от сварочного инструмента (ролика, электрода).

Перечисленные простейшие элементы деформаций, определен­ные отдельно в сварных соединениях, могут быть введены в рас­четы перемещений сложных конструкций.