СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

ПРОДОЛЬНЫЕ И КОЛЬЦЕВЫЕ ШВЫ В ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТОЛСТОСТЕННЫХ СОСУДАХ

При сварке прямолинейных многослойных швов распределение остаточных напряжений зависит от последовательности укладки валиков в разделку. При сварке продольного шва обечайки с X - образной разделкой возникают остаточные напряжения, анало­гичные напряжениям при сварке двух пластин встык с Х-образ- ной. разделкой. Препятствие поперечной усадке со стороны ци­линдра обычно незначительно, поэтому влиянием жесткости ци­линдра можно пренебречь.

Возникающая на единице длины в замкнутом кольце сила Р1 зависит от поперечной усадки и жесткости цилиндра:

<188>

При сварке продольных швов с у-образной разделкой жесткость цилиндра влияет на угловые деформации, что, в свою очередь, изменяет эпюру оу. Напряжения растяжения в корне шва и в осо­бенности пластические деформации удлинения уменьшаются. В некоторых случаях в корне шва могут даже появиться напряже­ния сжатия. Угловая деформация р от усадки шва вызывает появ­ление примерно равномерного по периметру цилиндра момента Мг:

«.=S- <|89>

В начальный период сварки угловые перемещения, которые должны были бы возникать при свободном перемещении деталей, велики, однако момент сопротивления заваренного шва незначи­телен и угловой поворот не возникает. Лишь после заварки зна­чительной части разделки начнется поворот в зоне шва, который незначителен вследствие образовавшейся жесткости самого шва. Следовательно, при сварке жестких цилиндров в корне продоль­ного многослойного Г-образного шва значительных растягивающих напряжений и пластических деформаций возникнуть не может. При сварке кольцевых швов с Г-образной разделкой оболочка влияет на образование остаточных напряжений. Создаются усло­вия, при которых невозможна беспрепятственная угловая дефор­мация; интенсивность деформирования металла корня шва пони­жается. Приближенное исследование напряжений в кольцевых швах позволяет ориентировочно судить о процессах развития де­формаций в корне шва на протяжении всего процесса сварки [15].

Несмотря на то, что характер распределения поперечных на­пряжений в кольцевых многослойных швах (рис. 113) сходен с ха­рактером напряжений в прямолинейных швах, существует каче­ственное различие в эпюрах. В кольцевых швах в ряде случаев от­сутствует пластическая деформация в корне шва, в то время как 156
в прямолинейных, свариваемых в свободном состоянии, пласти­ческая деформация в корне шва значительна.

Жесткость оболочки влияет на характер напряжений в корне многослойного шва. При увеличении диаметра остаточные напря­жения в корне шва возрастают. Возможны даже разрушения в корне шва вследствие исчерпания пластичности металла. Продольные на­пряжения ох в кольцевых многослойных швах практически мало от­личаются от напряжений в прямолинейных швах. Деформации обечаек от многослойных швов невелики и обычно в производстве затруднений не вызывают.

При электрошлаковой сварке продольного шва в цилиндре мо­гут возникнуть заметные напряжения изгиба от поперечного сокра­щения шва после сварки. В этом отноше­нии более предпочтительна одновременная сварка двух швов при формировании обо­лочки из двух корыт. В остальном обра­зование напряжений в продольных элек- трошлаковых швах происходит так же, как и в прямолинейных. Временные деформа­ции в процессе сварки продольных швов подчиняются тем же закономерностям, что и прямолинейные швы в пластинах. В кольцевых швах происходят те же явле­ния, что и в прямолинейных швах (п. 34), но вследствие иной конфигурации стыка перемещения свариваемых деталей имеют более сложный характер (рис. 114, а и б).

На рисунке представлены развертки периметров цилиндров.

При электрошлаковой сварке кольцевых соединений сокраще­ния металла при остывании шва могут вызывать перемещения дру­гого знака на диаметрально противоположной стороне. Сварка изделий кольцевыми швами начинается в условиях, когда тепло­отвод примерно в 2 раза больше, чем у края пластины при сварке прямолинейного шва. Поэтому начало кольцевого шва остывает быстро. Возникает неравномерная усадка, которая приводит к уг­ловой деформации, сопровождающейся открыванием зазора В дальнейшем усадка заваренного шва вызывает увеличение за­зора со стороны, противоположной уложенному участку шва. вследствие поворота деталей относительно оси, проходящей при­мерно через центр окружности обечаек. Зазор увеличивается пре­имущественно на участке ^ если сварка начата

в точке О (I — длина периметра). Максимальное поперечное сокра щение имеет место на расстоянии - g - / от начала шва. Перемещение

кромок навстречу друг другу, вызванное их нагревом, происхо­дит так же, как и в прямолинейных швах.

В результате сварки кольцевого шва возникает так называе­мый излом продольной оси цилиндра от неодинаковой поперечной

усадки по окружности. В длинных цилиндрах это приводит к труд­но исправимому дефекту — непрямолинейности оси. В таких слу­чаях требуется производить сборку цилиндров с учетом последую­щей усадки.