СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Влияние последующей механической обработки на сварочные деформации и напряжения

Так как после наплавки валика на кромку полосы в послед­ней остаются какие-то уравновешенные внутренние напряжения, то всякая механическая обработка полосы (связанная с отрезкой или со снятием в виде стружки части поперечного сечения по­лосы) приведет к нарушению равновесия внутренних сил и, следовательно, к деформации полосы в результате механической обработки. Характер изменения деформаций полосы в резуль­тате разрезки полосы или строжки кромки может быть уста­новлен на основании следующих соображений.

Если полосу шириною h (рис. 86), находящуюся в равновесии под действием внутренних сил, разрезать на две полоски шири­ною b и b = h — b, то каждая из полосок будет находиться под действием неуравновешенных внутренних сил. При этом площади первоначальной эпюры относительных упругих дефор­маций, приходящиеся на каждую полоску, в общем случае не сбудут равны нулю, а составят для правой полоски величину F, для левой величину —F. Соответственно моменты площадей первоначальной эпюры относительно точки О будут равны: для правой полоски-j-Ж, для левой полоски — М.

Наличие в каждой из полосок неуравновешенных внутренних сил приведет к продольным деформациям и к деформации из­гиба. Продольные деформации ох и могут быть определены из выражений

Деформация изгиба определится из условия, что момент площади первоначальных упругих деформаций относительно

центра тяжести сечения данной полоски должен быть равен моменту площади деформаций &2 и 8' относительно того же центра тяжести сечения.

В соответствии с рис. 86, имеем:

1) для левой полоски:

-м+ /Ц-=8*4а.

откуда

Л 6 м. 0 Г

°2= ь* +3Т;

“ — ?Ji + ^-2 = — 6 - f - 4 у-;

s, * G М п F.

ь = -51-82= - р - — 2-т •

2) для правой полоски:

-М + • f(A+i) = Ь, £=&-,

откуда

i==-ik-Vw-ra,+3/-*;

»; _ *; + *; = - _?>)Г(д,_^)+4 л^; bn=i-i=1j±ir(M-Fb)-2llL-b.

Зная деформации крайних волокон каждой полоски, не­трудно определить кривизну полосок и напряжения, оставшиеся в них после разрезки.

На рис. 87 приведена эпюра конечных деформаций полосы для случая большого ее нагрева при сварке (с сжимающими напряжениями под валиком) и общие деформации и эпюры напряжений для полосок, образующихся в результате разрезки полосы на две части.

При расположении линии реза вблизи от кромки с валиком левая полоса получает значительные деформации обратного знака, тогда как деформации (и кривизна) правой полосы увеличиваются по сравнению с первоначальными (до разрезки) на незначительную величину (рис. 87, б).

При приближении линии реза к середине ширины полосы отрицательный изгиб левой полоски уменьшается, равно как уменьшается и положительная кривизна правой полоски (рис. 87, в и г).

Если изменение кривизны обеих полосок с изменением по­ложения линии реза представить графически, то получаются две кривые, приведенные на рис. 87, д.

Как видно, при увеличении ширины b кривизна левой полоски быстро переходит из положительной в отрицательную и дости­гает своего отрицательного максимума, после чего кривизна вновь уменьшается, переходит через нуль, достигает положи­тельного максимума и медленно приближается к величине кри­визны полосы до разрезки, достигая ее при b=h.

С увеличением ширины b отрезаемой полоски, т. е. с умень­шением ширины Ь', кривизна правой полоски несколько уве­личивается, после чего плавно уменьшается до нуля, достигая последнего при ширине правой полоски, равной ^.соответствую­щей ширине участка, с прямолинейным распределением упругих деформаций. Это соответствует положению, когда правая полоска остается вся целиком за пределами зоны, на которой имелись пластические деформации обжатия У (рис. 87, а). При дальнейшем уменьшении ширины Ь' кривизна правой полоски будет оста­ваться равной нулю (рис. 87, д).

Из приведенных на рис. 87,0 кривых видно, что от срезки части полоски с валиком прогиб оставшейся части увеличи­вается, что срезанная вместе с валиком левая полоска будет иметь прогиб, противоположный по знаку первоначальному прогибу полосы (до разрезки) и притом значительно превосхо - 108

дяший его но величине (в рассматриваемом слу­чае примерно в три раза); что срезка с кромки, про-

тивоположной валику, по­лоски шириной меньшей Ь приводит к уничтоже­нию прогиба оетавдаеифї

пр«г^

леВой.

части и к увеличению, против первоначального, прогиба cwpesae' мой полоски.

Таким образом, взаимные деформации полосок после разрезки полосы, имевшей прогиб /, на две части могут иметь характер, показанный на рис. 88.

Подтверждением возможно­сти существования приведенных комбинаций прогибов полосок, полученных в результате разре - зок полосы на две части, могут служить, помимо результатов

4 кривизна левой полоска кривизна про Вой полоски

-^длтгттТГГПг^Т

h - t00 мм

Рис. 91. Влияние положения реза на деформации получающихся полосок.

4;-дГ

Рис. 90. Деформации при разрезке широкой полосы на две продольные полоски.

опытов автора, описанных ранее [2], [3], еще' и результаты экспериментов Мельхера [23], приведенные на рис. 89.

При разрезке одной из полос с наплавленным на кромку 110

валиком (рис. 89, а) Мельхер получил выгиб обеих полосок в раз­ные стороны, подобно приведенному на рис. 88.

Иной характер деформаций, возникающих в результате раз­резки, получается при эпюре первоначальных деформаций, при­веденной на рис. 90 и характерной наличием деформаций рас­тяжения у кромки с валиком.

Приведенные на рис. 90 эпюры дают представление о харак­тере деформаций, образующихся после разрезки полосок. Свод­ные данные об изменении кривизны полосок в зависимости от положения реза приведены на рис. 91. Если отличие кривой,, относящейся к правой полоске (пунктирная кривая), от соответ­ствующей кривой на рис. 87 заключается только в том, что деформации начинают уменьшаться без их предварительного увеличения, то кривая, относящаяся к левой полоске на рис. 91, отличается от соответствующей кривой рис. 87 весьма сильно.

В случае, представленном на рис. 91, кривизна левой полоски остается постоянной и равной первоначальной кривизне разрезае­мой полосы до тех пор, пока ширина b не превосходит ширины участка с постоянными относительными деформациями растяже­ния. При дальнейшем увеличении ширины левой полоски кри­визна ее быстро увеличивается, достигает некоторого максимума и затем плавно уменьшается до величины, равной первоначаль­ной кривизне полосы (при b = h). В рассматриваемом случае, как видно из рис. 92, не могут существовать деформации, при­веденные на рис. 88, б.

По данным экспериментов Мельхера, в случае уменьшения нагрева при наплавке валика путем охлаждения водой разрезка полосы привела к деформациям, приведенным на рис. 89,б, т. е. деформации после разрезки оказались соответствующими схеме рис. 92, г.

Приведенные кривые позволяют ответить не только на вопрос о деформациях после разрезки, но и на некоторые другие во­просы. В частности, они могут быть использованы при исследо­вании вопроса о влиянии отжига на величину деформаций.