ОСНОВЫ СВАРКИ СУДОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ

КЛАССИФИКАЦИЯ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ

Напряжения будем обозначать общепринятым символом а [МПа].

Напряжения, возникающие в металле при сварке, относятся к соб­ственным напряжениям. Собственными напряжениями называются напряжения, присутствующие в конструкции при отсутствии внешних нагрузок. Обычно эти напряжения возникают в различных изделиях при их изготовлении, например при резании, шлифовании, гибке и различ­ных других способах металлообработки; при сборке элементов конст­рукций в болтовых и заклепочных соединениях (в стержне болта или заклепки возникает растяжение, а в прилегающей зоне соединяемых элементов - сжатие) и во многих других случаях.

Собственные напряжения делят на макро - и ммкронапряження. Их различие заключается в величинах градиентов напряжений. Если в пределах большого объема металла не наблюдаются участки малой протяженности, например на уровне размеров зерна металла, с резки­ми изменениями напряжении, то такие напряжения могут быть отне­сены к числу макронапряжений пли собственных напряжений перво­го рода. Эти напряжения обычно имеют определенную ориентацию и уравновешены в пределах значительной части или всей конструкции в целом. Для таких напряжений вполне допустимо представление об изотропном материале. Микронапряжения, или собственные напря­жения второго рода, претерпевают резкие изменения в пределах ма­лых зон, например в пределах зерна металла - они связаны с анизот­ропией зерен.

Основной интерес в инженерной теории сварочных напряжений н де­формацій'! представляет уровень и распределение. макронапряжений в пределах всей конструкции, т. е. сварочные напряжения, рассматривае­мые в данном учебнике, относим к собственным напряжениям первого рода.

В зависимости от мерности тел собственные напряжения могут быть одноосными, двухосными и трехосными. Так как эти напряжения при­сутствуют в теле при отсутствии внешних нагрузок, они должны быть взаимноуравновешены. i. e. в пределах любого сечения, пересекающего все тело, они всегда уравновешены по сумме сил и моментов сил, в час­тности, в любой плоскости, перпендикулярної) к осп X, соблюдаются равенства

Ja vr/F = 0; joxydF = 0: jo xzdF = 0, ^ 2)

/• г г

где - нормальные напряжения в точке с координатами у, z в выде­ленном сечении и площадью F, а координатные осп У'и Z расположены в плоскости отого сечения.

Из условия (14.2) следует, что собственные напряжения двузначны: растягивающие напряжения - положительны, сжимающие - отрица­тельны.

Сварочные напряжения дополнительно классифицируют по следу­ющим признакам.

По времени действия:

• временные сварочные напряжения, существующие в металле в процессе сварочного нагрева и охлаждения;

• остаточные сварочные напряжения, остающиеся в металле после полного охлаждения конструкции.

ЗУ!)

По направлению действия:

• продольные напряжения, направленные параллельно осп шва, их обозначают о. Здесь индекс v означает, что в местной системе координат. v, у, г ось O. v совпадает с осью шва, оси 0у и Ог ориенти­рованы перпендикулярно к оси шва. Следует заметить, что мест­ная система координат х, у, г, связанная со швом, в дальнейшем при рассмотрении конкретных примеров может не совпадать с общей системнії координат X, Y, Z, связанной с телом или конст­рукцией;

• поперечные напряжения, направленные перпендикулярно к осп шва, их обозначают а (при сварке плоских элементов конструк­ции обозначение о, отсутствует).

По причине, вызывающей появление напряжений:

• температурные напряжения, обусловленные неравномерным на­гревом металла;

• напряжения, обусловленные пластическим деформированием металла;

• напряжения, обусловленные структурными (полиморфными или вынужденным 11) превращениям и.

По характеру действия:

• активные напряжения (пх удаление приводит к полному осво­бождению конструкции от напряжении);

• уравновешивающие напряжения;

• реактивные напряжения, обусловленные наличием внешних свя­зен, когда конструкция сваривается, например, в закреплении, препятствующем перемещению ее отдельных точек.

Переходя к классификации сварочных деформаций, необходимо отме­тить, что под этим широким и многозначным термином понимают не толь­ко относительные удлинения в окрестностях рассматриваемой точки (от­носительную деформацию будем обозначать общепринятым символом е; это безразмерная величина или выражается в процентах), но и прогибы, углы поворота, изменения линейных размеров изделия (стрелка прогиба [ [см]; угол поворота (р [рад]; изменение линейного размера ДL [см] соответственно).

Как и напряжения, сварочные деформации могут быть временными п остаточными, продольными п поперечными..., но в свою очередь сва­рочные деформации следует разделить на две группы в зависимости от того, на какую часть конструкции они распространяются;

• деформации, вызывающие геометрическое искажение всего из­делия или конструкции, получили название общил сварочныхде - формаций (рис. 14.1). К ним относят изменение линейных раз­меров конструкции и искривление ее осей в продольном и попе­речном направлениях;

• деформации, распространяющиеся только на отдельные элемен­ты конструкции, получили название местных сварочных дефор­маций (рис. 14.2). К ним относят местные геометрические иска­жения изделия или конструкции: грпбовидность. коробление, ребристость и др.

В практике изготовления сварных конструкций имеет место прояв­ление как общих, так и местных сварочных деформаций. Они не толь­ко понижают работоспособность конструкций, но н ухудшают их вне­шний вид. Следует также отметить, что местные деформации влияют

Рис. 14.2. Ралііоїжднос гн местных с «арочных деформации;

а - vr. ioiifiH деформация нри сварке аистов встык;

6 - угловая деформация шика гавра (ірибоиидноеіь); в - мес і вые деформации подпитии <н приварки к iicmv ребер жссікосш (пмнучжм - мне. коробление): t - меетые деформации но. ктінша (ребрмсинть)

на общие, но это влияние относят к вторичным эффектам и не учиты­вают.