СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ
Основные предпосылки для определения сварочных деформаций и напряжений
Как было отмечено выше, причиной появления деформаций и напряжений при сварке является неравномерный нагрев свариваемых деталей и сопротивление (вследствие жесткости самой детали) возникновению тем тепловым и структурным деформациям, которые вызываются нагревом. Поэтому для количественной оценки величины сварочных деформаций и напряжений необходимо знать поведение материала при нагреве: его тепловое расширение и его механические характеристики при различных температурах.
Относительное удлинение стали при нагреве, как известно, определяется из следующего выражения:
где X— относительное тепловое удлинение;
Д/ — абсолютное значение удлинения;
I—первоначальная длина; а — коэфициент линейного расширения,
Т—температура нагрева в °С[1].
Коэфициент линейного расширения а для предварительных приближенных расчетов может быть принят не зависящим от температуры и равным
а = 0,000012.
Тогда
Х = 0,000012- 7.
В действительности коэфициент линейного расширения, как показали соответствующие исследования [6], меняется с изменением температуры нагрева, и относительнее удлинение, вызываемое повышением температуры, с большей точностью может быть определено по следующей формуле:
Х = 11475-Ю-9- 7~ —{— 5,3 • 10“9-10- Т[2].
Механические характеристики стали, определяющие связь между деформациями и напряжениями при действии сил, также зависят от температуры. В силу того, что эта зависимость для различных сталей различная и притом достаточно сложная, в основу приводимых ниже расчетов положена диаграмма Пранд - тля для идеального упруго-пластического материала (рис. 3). При этом предположено, что для различных температур меняется лишь предел текучести а модуль упругости Е остается неизменным. Зависимость предела текучести от температуры принята в виде, представленном на рис. 4. Подобно диаграмме
Прандтля, принятая диаграмма зависимости предела текучести от температуры представляет собою схематизированную зависимость, которой заменена действительная зависимость os от температуры, изображенная на рис. 4 пунктиром. Соответственно пределу текучести изменяются и те относительные - удлинения еу, при которых достигается предел текучести (рис. 4).
гри Т.
при
Рис. 3. Зависимость между деформациями и напряжениями для идеального упруго-пластического материала при различных температурах.
о ш 200 Sflff № нов Ш 7DC SDO Т °С |
Рис. 4. Зависимость предела текучести и относительных деформаций, соответствующих пределу текучести, от температуры. |
Сделанные допущения позволяют перейти к определению деформаций и напряжений. Однако прежде чем определять их для условий неравномерного нагрева, характерного для сварки, следует уточнить процесс их возникновения и развития при равномерном нагреве и остывании стержня.