СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Суммирование сварочных напряжений с напряжениями от полезной нагрузки

Для того, чтобы можно было оценить значение сварочных напряжений для прочности сварной конструкции, необходимо прежде всего установить, как суммируются сварочные напря­жения с напряжениями от полезной нагрузки. Для этого рас­смотрим несколько простейших случаев загружения внешними силами сварных образцов с продольным или поперечным швом.

На рис. 182 приведены эпюры распределения напряжений и диаграмма „напряжения — деформации" для образца с продоль­ным стыковым швом. Если распределение начальных напряже­ний в стержне представить упрощенной эпюрой, изображенной на рис. 182,а. то в зоне, расположенной вдоль шва, как было установленно выше, будут действовать напряжения растяже­ния <т1? равные пределу текучести as (jt =.as) и, кроме того, в этой зоне будут существовать пластические деформации. При отношении ширины зоны b к полной ширине Я образца, равном о, напряжения в остальной части образца сг2 составят:

На диаграмме „напряжения — деформация" (рис. 182, г) поло­жение волокон зоны шва определится точкой А на площадке текучести, а положение волокон сжатой части образца — точкой Б на наклонной отрицательной ветви диаграммы.

Приложение к образцу внешней нагрузки (рис. 182,6), вызы­вающей равномерно распределенные напряжения свн = дол - щно было бы соответственно повысить первоначально имевшиеся напряжения, однако, как это видно из диаграммы, участок в зоне шва не может повысить напряжений, и его напряжения останутся неизменными о; = о, = os. Внешняя нагрузка будет воспринята только участками, имевшими напряжения сжатия 32» к которым, следовательно, добавятся напряжения:

Свн Р

Зо.

1 —а 1 —а

Суммарные напряжения составят:

1 Я І З Р—“

а* =------------- ъ ч--------- а =------------ с

2 1-а ** 1 ]—a * 1-а *'

При этом все волокна (в том числе и расположенные в зоне шва) получат удлинения:

1 ? є = — V

которые в зоне шва явятся пластическими деформациями, а в остальной части — упругими.

При разгрузке (рис. 182,6) все волокна будут деформироваться упруго и, следовательно, получат деформации укорочения, равные:

« пропорциональное им уменьшение напряжений на вели­чину

После разгрузки будем иметь:

,» = e;-?o, = (i-p)3j=(i-p)oi:

Таким образом, в результате нагрузки и разгрузки образца’ напряжения а, в районе шва и напряжения а2 в остальной части основного металла уменьшились в одинаковое число раз и составили величину, представляющую (1—£) от начальных напряжений. Такое уменьшение напряжений произошло за счет увеличения пластических деформаций в зоне шва на величину:

а?

£з=

В случае загружения образца с поперечным швом (рис. 183) картина остается аналогичной, с той лишь разницей, что в этом случае будет существовать равенство ширины сжатой и растя­нутой зон, т. е. в этом случае а = 0,5, а следовательно, не только с?! — <V но и о2 = zs. Начальное состояние и растянутой и сжатых зон шва на диаграмме „напряжения — деформации" представятся точками Л и Б, расположенными на горизонтальных участках пределов текучести.

Приложение напряжений от внешней нагрузки вызовет

деформации равные:

+ £І — 1ИГ’£* =

т. е. вдвое большие, чем в случае отсутствия начальных напря­жений.

При разгрузке уменьшение деформаций для обеих зон будет одинаковое и равное:

Поэтому, если бы вслед за первым иагружением и разгрузкой последовало второе нагружение сжимающей силой той же вели­чины, как и рзстягивающая, то при втором загружении все волокна деформировались бы упруго на величину:

— еш = -

и пластические деформации сжатия не увеличились бы иротив первоначальных. Снятие сжимающей нагрузки привело бы об­разец в то же состояние, в каком он был до вторичного загру­жения. Таким образом, несмотря на то, что начальные напря­жения и в растянутой и в сжатых зонах равнялись пределу текучести, — после первого загружения образец будет работать упруго даже при знакопеременной нагрузке. При этом только первое загружение приводит к увеличению пластических дефор - 202

Рис. 184. Изменение напряжений в образце с поперечным швом при приложе нии знакопеременной нагрузки с разной величиной растягивающих и сжима

ющих усилий.

маций на величину e2 = 2Js*ee. Остаточные напряжения от сварки после первого разгружения составляют:

а}1 = = <js — Ра, = (1 — р) as = (1 — (3)о, = (1 — р)0|.

Иными словами, и в рассматриваемом случае начальные на­пряжения после первого разгружения уменьшились в (1 — » раз и сохраняют свое значение во время всей дальнейшей работы, если последующая нагрузка по своей величине не превосходит величину нагрузки при первом загружении.

Наконец, случай, когда после первого загружения одного знака второе загружение другого знака превосходит по вели­чине нагрузки первое загружение, — рассмотрен на рис. 184.

При загружении растягивающей нагрузкой, вызывающей Чн=^» все деформации будут протекать так же, как и в пре­дыдущем случае (рис.'183). После снятия нагрузки напряжения в образце будут:

0y = (l-p)v

При приложении вторичной сжимающей нагрузки, вызыва­ющей напряжения:

Ъ ґл о

вн — $1

где рх>р, образец будет деформироваться до тех пор, пока деформации не достигнут величины В этот момент суммар­ные сжимающие напряжения достигают предела текучести сжа­тия. Дальнейший рост нагрузки будет сопровождаться развитием пластических деформаций сжатия. Оставшаяся часть нагрузки ({J,—будет воспринята только упруго деформирующимися волокнами первоначально растянутого участка, которые получат при этом укорочения — 2(^j — Общее укорочение образца под действием сжимающей нагрузки составит:

- ,41 (Р + 2 (Р, _ (!)К = _ (2Э, _ P)V

Снятие сжимающей нагрузки приведет к увеличению дефор­маций на величину p, s4l в результате чего конечные напряжения после снятия второй нагрузки составят:

+°iv= -»5v=(i - РК-(2Р,-(l-Mv

Рост пластических деформаций будет проходить следующим образом: в результате первого загружения (растяжения) пласти­ческие деформации растяжения возрастут на величину 2• ^ в результате второго загружения возрастут пластические дефор­мации сжатия на величину 2(РХ — Дальнейшие загружения нагрузкой, не превосходящей по величине наибольшую из первых двух, т. е. не превосходящей не вызовут появления новых пластических деформаций сжатия или растяжения, и работа образца будет протекать упруго.

Таким образом, в результате суммирования начальных сва­рочных напряжений с напряжениями от полезной нагрузки оста­точные сварочные напряжения уменьшаются за счет некоторого увеличения пластических деформаций при первых загружениях.