СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

НЕКОТОРЫЕ ОБЩИЕ ЗАМЕЧАНИЯ

Опытами, изложенными в гл. 6, доказано, что уменьшением разности Тк — Г„ за счет повышения начальной равномерной температуры Т0 свариваемых элементов можно управлять как необратимыми изменениями механических свойств основного ме­талла зоны шва, так и сварочными деформациями и напряжениями для металлов, температуры объемных превращений которых выше их температуры Тк, где Тк — температура, при которой данный металл теряет свою способность сопротивляться - пластическим деформациям. Геометрия соответствующей изотермической по­верхности Тк предельного состояния нагрева при сварке опре­деляется формой и размерами свариваемых элементов, мощностью источника нагрева и скоростью его перемещения, теплофизи­ческими характеристиками металла (гл. 2). Отсюда следует, что разность Тк — Т0 для металлов этого класса, свободных от на­чальных макронапряжений, является определяющим параметром рассматриваемой проблемы. На основе результатов опытов, изло­женных в гл. 6, сформулированы основные допущения и гипотезы приближенной теории. Основная гипотеза этой приближенной теории утверждает, что активную пластическую деформацию сжатия а (Тк— 7,) получают все элементы, оказавшиеся внутри изотермической поверхности Тк предельного состояния нагрева в тех направлениях, в которых температурное расширение было несвободно. Указаны приближенные способы учета пластических деформаций зоны, где в предельном состоянии нагрева Т <С. ТК (п. 31). Более общим из них является первый способ, в соответ­ствии с которым активная пластическая деформация сжатия между огибающими изотермических поверхностей Тк и Ту пре­дельного состояния вдоль нормали к ним изменяется по линей­ному закону.

Основная гипотеза справедлива в тех случаях, когда попереч­ные размеры изотермических поверхностей Тк предельного со­стояния нагрева малы по сравнению с теми размерами сваривае­мых элементов, которые обеспечивают их жесткость, стесняя тем­пературное расширение зоны интенсивного нагрева. Примени­мость приближенной теории ограничена этим классом задач.

При сварке гибких элементов, особенно из металлов с боль­шим коэффициентом теплопроводности (п.9) перемещения точек областей, где в предельном состоянии нагрева Т < Тк, могут привести к изменению формы свариваемых элементов и вели­чины активной пластической деформации зоны, где Т > Тк.

В таких случаях необходимо сначала найти перемещения точек свариваемых элементов, вызываемые температурным полем обла­стей Т <С Тк, и получить оценку, насколько эти перемещения изменили величину активной пластической деформации зоны, где Т 2г Тк. На основе сформулированных основных допущений и гипотез предложены два метода решения задач по определению приближенных значений сварочных деформаций и напряжений. Второй метод (метод сшивания) может быть использован для опре­деления приближенных значений сварочных деформаций и на­пряжений в случае одномерных, двумерных и трехмерных задач. Круг применимости первого метода не ограничен, и задачу опре­деления приближенных значений сварочных деформаций и на­пряжений он сводит к стационарным температурным задачам деформируемой среды с температурными полями мгновенного охлаждения, причем здесь возникают более сложные задачи макро­дислокаций, нежели дислокации Вольтерры [68].

В этом методе дано применение приближенной теории к реше­нию ряда простейших задач по определению сварочных деформа­ций и напряжений. В некоторых случаях — опытная проверка теоретических результатов показала, что приближенная теория дает удовлетворительные количественные результаты.

Приближенная теория применима к определению сварочных напряжений в сварных соединениях из любого материала, который при местном сосредоточенном нагреве до достаточно высоких тем­ператур способен перейти в этой зоне в чисто пластическое со­стояние. Она в отличие от других теорий не связана с гипотезой плоских сечений. Эта теория применима к'одномерным, двумерным и трехмерным задачам, позволяет учитывать необратимые изме­нения механических свойств основного металла зоны сварного шва, применима к решению задач о сварочных деформациях и напряжениях в элементах, на деформации которых наложены внешние связи, и в элементах, имеющих пересекающиеся швы.

С помощью разработанной в гл. 8 приближенной теории ре­шен ряд задач по определению сварочных напряжений и дефор­маций в следующих металлических конструкциях: в плоских полосах, сваренных продольным швом; балках таврового сечения при сварке их стенок и полок продольным швом; балках, сва­ренных поперечными швами, круговом диске и круговом кольце при наплавке валика на кромку; плоских листах при заварке заклепочных отверстий и вварке заплатки; в цилиндрических трубах при их стыковке поперечным швом; в сферических обо­лочках при сварке встык и внахлестку сферических заплаток; в конструкциях при стыковании цилиндрической трубы ео сфе­рическим днищем и др.

На практике нередко применяются многослойные швы. Но известно, что многослойный шов вызывает увеличение остаточных сварочных деформаций и напряжений лишь в том случае, когда последующие слои вызывают увеличение ширины зоны пласти­

ческих деформаций нагрева (см. стр. 217 в работе [74]). При за­данной геометрии свариваемого изделия и заданном режиме сварки каждого слоя, используя теорию в работе [103], всегда можно найти огибающие изотермических поверхностей Тк и Ту, что дает возможность применить приближенную теорию к определе­нию остаточных сварочных напряжений и деформаций в соеди­нениях с многослойными швами с учетом усиления. Таким обра­зом, в каждом конкретном случае задачу определения сварочных деформаций (напряжений) приближенная теория сводит к обыч­ным задачам исследования упруго-пластических деформаций стержней, пластин и оболочек, для решения которых можно использовать все современные аналитические или численные ме­тоды. Кроме указанных выше ограничений, приближенная теория обладает двумя недостатками. Она не описывает весь процесс возникновения, развития и становления сварочных деформаций и напряжений. Она, как и другие теории, не учитывает влияния неодновременное™ наложения шва. Попытка учета влияния этого фактора впервые была сделана в работе [64].