СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Деформации при сварке встык полос разной ширины

При сварке встык двух полос разной ширины характер дефор­маций обеих полос будет различный, так как жесткость обеих, полос—в силу их разной ширины—различная. При отн осительно узких полосах преобладающее значение будет иметь изгиб обеих полос, который, вследствие несимметричного расположения шва в сваренной планке, приведет к изгибу оси шва. При относи­тельно широких полосах, когда изгиб каждой из свариваемых полос невелик, основное значение будут иметь дефэрм ации, вы­зываемые изменением ширины шва при его остывании, которые могут быть определены так же, как и при сварке встык двух полос равной ширины, и величина которых в малой мере за­висит от соотношения ширин свариваемых полос.

9 П. О. Оксрблом. 2381. 129

Поэтому, чтобы разобраться в деформациях, возникающих при сварке встык двух полос разной ширины, необходимо прежде всего рассмотреть механизм явлений, вызывающих изгиб каждой из свариваемых полос и всей сваренной планки.

Схематически процесс развития деформаций при сварке двух полос шириною hx и Л2 можно представить в следующем виде. Если для рассмотрения выделить небольшой по длине участок шва, то можно принять, что наплавленный металл накладывается

на протяжении всей длины этого участка одновременно. Если бы при этом полоса шириною Л, сваривалась с полосой такой же ширины, то ось шва осталась бы прямолинейной, а полоса изогнулась бы так, как это было указано выше в случае сварки встык полос равной ширины, и имела бы на наружной кромке вогнутость со стрелкой прогиба fx (рис. 111,0). Аналогично

полоса шириною Л2 при сварке с такой же полосою получила бы стрелку прогиба на наружной кром - ке /а (рис. 111, б). Если бы отде­лить по прямолинейным осям шва одну широкую и одну узкую полосы и, не изменяя их деформирован­ного состояния, соединить их друг с другом (рис. 111,6 — пунктирное положение), то они не смогут остаться в равновесии, так как мо­менты, действующие в широкой полосе, не смогут быть уравнове­шены меньшими моментами, действующими в более узкой по­лосе.

Действительно, если бы полоса шириною была сварена встык с полосой такой же ширины, то кривизна ее была бы, как это следует из предыдущего, С' ^(рис. 112). Если бы, разрезав по оси шва, мы предоставили полосе свободно деформироваться, то в пер­вом приближении можно предположить, что полоса изогнулась бы так, как в случае наплавки валика на кромку, т. е. ее кри­визна была бы Спр1.

В действительности она изогнется так, как изгибается после снятия закреплений полоса, которой при сварке был дан предва­рительный обратный выгиб (см. гл. XII).

Изменение кривизны от Сп', до Cnpi вызывается моментом, величина которого составляет

— (^npi ^npl)

где Е—модуль упругости;

/j — момент инерции сечения полосы шириною Ар

Соответственно изгибающий момент, действующий во второй полосе шириною Л2, составляет

^2 = (^"прп ^пра) ^^2-

Так как момент М2 неравен моменту AflP то сваренная планка будет изгибаться до тех пор, пока моменты, действующие в обеих полосах, не выравняются. При этом момент в широкой полосе будет уменьшаться, а момент в узкой полосе будет уве­личиваться. Величина момента М, под действием которого про­изойдет изгиб планки, может быть определена из выражения

М1 — М=М2--М,

откуда

М^={М, — уИ2).

Однако ввиду того, что момент в узкой полосе Мг обычно близок к предельному моменту (пластическому моменту Мт ), и, следовательно, при изгибе полосы будет происходить лишь рост пластических деформаций без увеличения момента М«, то приведенные выражения примут вид

Мх—М = М2;

М = М1 — м.

Стрелка прогиба планки, полученная под действием изгибаю­щего момента М, составит

г _ м Z.2

** — 8-£./1,2 »

где /і,2 — момент инерции сечения сваренной планки.

Подставляя значение М, выраженное через кривизну и мо­менты инерции сечений свариваемых полос, получим

/и— 7^ • 8 • (1UJ

Общий изгиб сваренной планки наложится на изгиб, получен­

ный каждой полосой в отдельности. Так, если бы каждая полоса сваривалась с такой же по ширине полосой, то стрелка прогиба наружной кромки широкой полосы составила бы

f г' 12 • <И>

“ npi g

Соответственно для узкой полосы имели бы

и-С L-' <12)

'2 — С пр2 8

Так как полосы сварены, то стрелка прогиба их наружных кромок составится, как сумма стрелки прогиба, полученной каждой полосой в отдельности, и стрелки прогиба, вызванной во всей планке вследствие действия неуравновешенного момента.

Стрелка прогиба наружной кромки составит для широкой по­лосы (рис. 111, в)

/шир —fl /м[3], (13)

для узкой полосы

/уз = Л “Ь/м • 0 4)

Для некоторых частных случаев будем иметь:

При сварке полос равной ширины

Л i = h2 Cnpi— £,1р2» ^npi — Спр2; /j = /2,

а следовательно,

/м = О И /шир ===/уз ==/i ==

При наплавке валика на кромку

h.2= 0; Спр2 = СПр2 = 0; /2 = 0; /12 “ А>

следовательно,

/м =(^Пр1? 8

и

/шир —/і /м = СПР1 - g (Спр1 Спр1) - g- = Cnpi-g-,

т. е. получаем то же, что было определено при рассмотрении случая наплавки валика на кромку.

При приварке полосы к жесткому основанию

/м = 0,

так как Л,2 = со и, следовательно

/шир = ^1»

т. е. стрелка прогиба наружной кромки будет такая же, как и в случае сварки встык двух полос равной ширины, что уже отме­чалось выше.

Таким образом, изгиб свариваемых полос и всей планки в целом зависит от соотношения ширин свариваемых полос.