СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Влияние режима сварки на характер и величину остаточных напряжений

Пользуясь приведенными выше эпюрами (рис. 54), можно установить влияние режима сварки на напряжения, вызываемые сваркой в любом волокне по­лосы. На рис. 60 приведены кривые изменения напряже­ний' в крайнем продольном волокне (противоположном валику) полосы шириною h= 100 мм. Характер этих кри­вых напоминает характер кри­вых изменения кривизны по­лосы, приведенных на рис. 57.

Если же обратиться к иссле­дованиям Розенталя и Цабрса, то они представили зависи­мость этих напряжений от мощ­ности дугии скорости сварки в виде прямых, привеленныхнарис.61. Однако, если экспериментальные точки, относящиеся к различ­ным скоростям сварки, соединить плавными кривыми (рис. 62), то характер последних будет вполне соответствовать характеру кривых (рис. 60). Таким образом, по Розенталю и Цабрс, на­пряжения непрерывно возрастают с увеличением мощности, тогда как из кривых теоретических (рис. 60) и эксперименталь­ных (рис. 62) следует, что после достижения напряжениями максимальной величины при некоторой критической силе тока (или мощности) дальнейшее повышение силы тока приводит к понижению напряжений. При этом наибольшая величина на­пряжений не превосходит предела текучесіи, а критическая величина силы тока тем больше, чем больше скорость сварки.

В экспериментальных исследованиях Розенталя и Цабрса были определены напряжения и в волокнах под валиком. Однако разбросанность экспериментальных точек (рис. 63) и отсутствие какой-либо простой, бросающейся в глаза, закономерности не позволили исследователям предложить какую-либо зависимость
напряжений иод валиком от режима наплавки и вызвали лишь сомнение в правильности полученных ими экспериментальных данных (точка, соответствующая ^нанлавке со скоростью

0,665 см! сек.)-

Однако, располагая тео­ретическими данными о рас­пределении конечных де­формаций и напряжений (рис. 54), нетрудно уста­новить искомую зависи­мость напряжений под ва­ликом от режима сварки. Как отмечалось выше, на­пряжения в том или ином волокне определяются раз­ностью деформаций X’ и Д, если эта последняя не пре­вышает деформаций ел, со­ответствующих пределу те­кучести. Предполагая, что разность X'—Д' для волокна под валиком представляет собою только упругие деформации, пропорциональные им напряжения изобразились бы для различ­ных режимов сварки кривой ОАБВГ (рис. 64). Так как в дей­ствительности разность в отдельных случаях зна­чительно превышает де­формации єт, то напряже­ния на участках, где ординаты кривой ОАБВГ превышают предел теку­чести. будут оставаться постоянными, равными пределу текучести (Ух, в связи с чем действитель­ная зависимость напря­жений под валиком от силы сварочного тока представится кривой

012Б34Г. С увеличением рис 52. Зависимость напряжений от мощ - скорости сварки напря - ности дуги по экспериментальным данным, жения будут достигать

предела текучести (при растяжении) при больших силах тока и при более сильных токах переходить из растягивающих в сжи­мающие. Для очень больших скоростей сварки обычные силы сварочного тока будут давать только первый участок 012 пред­ставленной выше зависимости.

Если, учитывая полученный характер зависимости от режима сварки напряжений под валиком, соединить экспериментальные точки (полученные после вертикальной разрезки) соответствую-
тими ломаными линиями, то, как видно из рис. 65, полученная теоретическим путем закономерность полностью подтверждается экспериментальными данными, а точка, вызывавшая наибольшие сомнения исследователей, расположится в полном соответствии с установленной зависимостью. б

Из приведенных на рис. 60 и 64 зависимостей видно, что если напряжения на кром­ке, противоположной валику (рис. 60), всегда остаются одного знака и меняются от режима сварки только по ве­личине, то напряжения под валиком меняются и по вели­чине и по знаку. Таким обра­зов, могут существовать два типа эпюр напряжений: при малых силах тока или при больших скоростях сварки, т. е. при режимах, создаю­щих малую ширину зоны на­грева, эпюра напряжений будет иметь растяжение под вали­ком; при больших силах тока или малых скоростях сварки, т. е. при режимах, приводящих к относительно большой ширине зоны нагрева,—эпюра напряжений будет иметь сжатие в волок­нах под валиком.

При оценке этого или иного режима сварки, очевидно, сле­дует отдавать предпочтение режимам, приводящим ко второму

типу эпюры напряжений, так как при первом типе эпюры большей частью имеют место не только упругие, но и пластические деформации растяжения, т. е. пластические свойства металла

частично оказываются исполь­зованными еще при изготовлении изделия. Поэтому, говоря о влия­нии режима сварки на напря­жения, необходимо сравнить не только величину напряжений (пропорциональных упругим де­формациям), но и величину пла­стических деформаций растяже­ния, которые в большей мере, чем напряжения, отражаются на работоспособности изделия. Так например, в случае выполнения сварки со скоростью, ко­торой соответствует кривая изменения напряжений 012Б34Г (рис. 64) при силе тока в 50 а и при силе тока в 100 а напря­жения в волокне под валиком будут одинаковыми и равными as. Однако при выполнении сварки током

пределу текучести
в 50 а работоспособность полосы будет понижена по сравнению со случаем сварки током в 100 а, так как в последнем случае пластические деформации будут почти отсутствовать, тогда как в первом случае они будут достигать значительной величины. Если условно напряжения определять не по величине упругих деформаций, а по суммарной величине упругих плюс пластиче­ских деформаций, то можно сказать, что в рассматриваемом случае при сварке током в 50 а напряжения будут примерно в 3 раза больше, чем при сварке током в 100 а. При таком условном пони­мании напряжений зависимость их от силы тока может быть выра­жена следующим образом: при изменении силы тока от нуля до не­которой критической величины напряжения растяжения растут,

после чего, с дальнейшим уве­личением силы тока, напря­жения уменьшаются, дости­гают нуля и затем переходят в напряжения сжатия. С уве­личением скорости сварки критическая сила тока и сила тока, соответствующая нуле­вым напряжениям, увеличи­ваются. Поэтому, рассматри­вая наибольшие силы тока до критической его величины (рис. 64), придется признать справедливыми приведенные в начале § 19 выводы

Патона Е. О. с сотрудниками; рассматривая изменения силы тока от критического его значе­ния до соответствующего нулевым напряжениям, слелует со­гласиться с Боленратом; наконец, рассматривая изменения на­пряжений при изменении силы тока в обе стороны от крити­ческого его значения, можно принять формулировку Бюлера, согласно которой слишком высокая и слишком низкая силы тока приводят к уменьшению усадочных напряжений. Таким образом, все выводы, полученные при экспериментальных исследованиях, укладываются в намеченную зависимость и являются ее част­ными значениями.