СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Деформации при угловых швах

В случае выполнения соединений с односторонними угловыми швами (рис. 140, а) определение угловых деформаций может быть произведено так же, как и в случае стыкового шва. При этом, как показали опыты [33], достаточно близкие к действи­тельности значения угловых деформаций получаются, если ь при­водимых выше формулах при - ^ нимать (учитывая влияние основного металла):

6 0.7 а 4* 5 . , 7

‘8 2 = —5Х« =1+?>

где а — катет шва в мм.

В случае двухсторонних угловых швов (рис. 140, 6) харак­тер деформаций будет определяться не только наплавленным металлом шва, но и жесткостью свариваемых листов, так как при двух швах свободный поворот листов невозможен. Для установления характера деформаций при двухсторонних швах рассмотрим участок верхнего горизонтального листа (по рис. 141,6), длиною 1 см, с двумя угловыми швами той же длины, предпо­лагая что все остальные участки находятся в таких же условиях, как и рассматриваемый (при сделанном допущении об одно­временном наложении шва на всей длине).

При наложении угловых швов, угол составляемый горизон­тальным и вертикальным листами будет уменьшаться, в резуль­тате чего горизонтальный лист изогнется, как показано на рис. 141. На протяжении катета а горизонтальный лист изогнется по не­которой кривой, а на остальной части / полуширины он, оставаясь прямолинейным, повернется на некоторый угол и рас­положится по касательной к кривой изогнутой части в ее ко­нечной точке.

Уменьшению угла раскрытия шва будет препятствовать жесткость горизонтального листа, вследствие чего в шве возник­нут напряжения растяжения, направленные параллельно наруж­ной поверхности шва (рис. 141), т. е. под углом 45° к горизонтали. Вертикальная составляющая этих напряжений (рис. 141, tf) вызо­вет изгиб горизонтального листа.

Величина действующих в шве напряжений может быть опре­делена на основании следующих соображений.

Если бы горизонтальный лист не препятствовал свободному укорочению поперечных волокон шва, то, как это было пока­зано выше, угол раскрытия шва уменьшился бы на вели­чину р, равную:

(i = 0,0176-tg~.

^ 1

Так как горизонтальнып лист препятствует свободному уменьшению угла раскрытия шва, то в шве возникнут на­пряжения, которые, в свою очередь, вызовут прогиб гори­зонтального листа и соответ­ствующее уменьшение угла раскрытия шва. Таким обра­зом, вместо укорочения на­ружного волокна шва

Д = 0,018-0,7-а,

которое имело бы место при свободном повороте поясного листа, произойдет укорочение:

л'=1,4./,.

Разность Д—Д' вызовет на­пряжения с в шве. Величина их

определится из условия, что напряжения, вызывающие прогиб /і поясного листа, и напряжения, вызываемые в шве недопущен' ными укорочениями Д — Л', должны быть равны.

Как показали пробные подсчеты, величина прогиба при наи­большей величине возможных в шве напряжений (равных пре­делу текучести с5) допускает относительно небольшие укороче­ния наружного волокна шва, вследствие чего разность Д—Д' остается близкой к величине Д. Следовательно, относительные удлинения в шве, вызывающие в нем напряжения, будут близки к величине:

Л

ТЛа

действительных, а следовательно, в шве практически всегда бу­дут существовать напряжения, равные пределу текучести, и со­провождаться значительными пластическими деформациями в ме­талле шва.

Итак, для большинства случаев напряжения в шве равны пре­делу текучести. При эгом стрелка прогиба /, определится:

1

= ]' мхх d*>

u

где/—момент инерции сечения горизонтального листа.

Изгибающий момент Мх для участка 12 (рис. 141, в) соста­вляет:

Мх = • 0,7 • ал • д:2 = 0,35 • os х

В точке 2 момент равен:

Л1.2 = 0,35 '<зк а2.

На участке 23 изгибающий момент меняется по прямой, до­стигая в точке 3 величины:

М9 = 0,35 • as. а2 - f - 0,7 ■ • а = 0,35 • os (а2 + a S). Соответственно стрелка прогиба fx выразится:

h = - ET§Mxxdx+Mi(а+) + (Af„-Ж,) *-(<>+§)}.

О

Подставляя значения Мх, М., и Жя> получим:

х J а ос _ Гд4 і f

/і— El 0'35зу I 4+ 2 8 4 ' 12 J’

a h%

или, учитывая, что: _ 1 = ts и / = 12>

Е

/, = 0,175^ [6а3-{-12 8 а2-|-9 52а-{-253]

Принимая катет шва а-К-Ъ, получим:

/, = 0,75 • е, ■ а(6 • + 12 • К2 - f - 9/С+ 2) = 0,0002 - а • г3 ^ (Л).

Прогиб / кромки поясного листа составит:

/=Л ~b ^tga"»

где

tg л” = + 2"-f (Мв—/W2)^-}=

=1, 0,35 - ^ 4- -5*-+ ] = 0.0004 • г’ ? (АГ).

Подставляя значения fx и tg а, получим:

/, = 0,0002. г* [а <Ь(К) 4-2 Д?(/С)].

Значение функции ^ (К) и <р (К) приведены на рис. 142, из ко­торого видно, что с увеличением К, т. е. с увеличением катета шва (по отношению к толшине стенки), значения функции и 9 (К) быстро растут, а следовательно растет и прогиб fv как это видно из приведенной выше формулы. .

Вместо определения прогиба кромки удобнее практически из* мерять величину Л, указанную на рис. 143. Зная угол о." и ши­рину В горизонтального листа, величину А можно выразить:

А = В• tg а = 0,0004 • г* • В • (К).

Рис. 143. Деформации поясного

Рис. Н2. Значение вспсмога - листа в зависимости от его разме-

тельных функций. ров и катета угловых швов.

На рис. 143 приведены значения величины ~ в зависимости от

отношений К и г. С увеличением катета шва и с уменьшением толщины горизонтального листа деформации последнего резко возрастают.

Однако приведенные величины меньше действительно наблю­даемых по следующим причинам.

Изгиб горизонтального листа вызывается не только усилиями, создаваемыми швом при его остывании, но и неравномерностью нагрева листа по толщине с доведением волокон под швом до пластического состояния. Если бы угловые швы не соединяли горизонтальный лист с вертикальным, а являлись валиками, на­ложенными на поверхность листа, то несмотря на отсутствие сил, притягивающих горизонтальный лист к вертикальному, он все же изогнулся бы так же, как показано на рис. 141, а. Кроме того, нагрев горизонтального листа уменьшает его жесткость, что может быть учтено введением в расчет толщины h, умень­шенной примерно ка 2 мм.

При выполнении угловых швов в несколько слоев деформа­ции увеличатся за счет частичного налсжевия изгиба, вызывае­мого каждым слоем.

Наконец, еще одной причиной, вызывающей превышение дей­ствительных деформаций против расчетных, является неодновре-

менность наложения шва по всей длине. Происходящая при длин­ных швах картина развития деформаций представляется в следую* щем виде. j

При наложении первого участка шва, в результате уменьше­ния угла раскрытия шва, горизонтальный лист начинает изги­баться, причем не только в той части, где наложен шов, но и на яекоторой длине перед швом (рис.' 144, а), оставаясь в конце, противоположном началу сварки, — плоским. Последующий уча­сток шва накладывается уже на частично изогнутый лист и. следовательно, деформации, вызванные данным участком шва, суммируются с деформациями, вызванными предыдущим участ­ком, вследствие чего по мере продвижения шва изгиб листа увеличивается (рис. 144, б).

На рис.145 показан характер изменения деформаций на раз-

личных участках по длине шва. Если в начале шва деформации растут быстро (кривая /), то чем дальше рассматриваемый уча­сток, тем медленнее происходит рост деформаций, и для очень удаленных участков он может начаться лишь спустя некоторое время после начала сварки (кривая 4).