СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

ВЛИЯНИЕ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ НА ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

46. Влияние сварочных деформаций на работу сварных

конструкций

Помимо того, что коробление сварных деталей нарушает весь процесс их изготовления, вводя ряд новых операций по правке, подгонке, прирубке соединяемых между собой деталей, сварочные деформации, искажая сечения отдельных элементов и искривляя геометрические оси их, изменяют условия работы сварных деталей и конструкций. Такого рода изменение харак­тера работы сварного элемента конструкции может не только изменить его прочность, но и привести к перераспределению усилий от внешней нагрузки между всеми другими элементами рассматриваемой конструкции, а это последнее вызовет сниже­ние напряжений, по сравнению с расчетными предположениями, в одних элементах за счет перенапряжения других частей кон­струкции.

Все это заставляет смотреть на общие деформации и коро­бление сварных деталей не только как на обстоятельство, услож­няющее процесс постройки сварных конструкций, но и как на причину возможного нарушения прочности конструкции в про­цессе эксплоатации.

Рассматривая различные виды общих сварочных деформаций с точки зрения влияния их на прочность сварных конструкций, необходимо разделить общие деформации, получающиеся в процессе сварки, на две группы. К первой группе следует от­нести деформации, связанные с искривлением геометрической оси сварной детали, тогда как во второй группе — местные выпучины, волнистость и другие искажения поперечного сече­ния сварной детали.

Первая группа деформаций изменяет характер работы детали в том отношении, что добавляет вследствие имеющихся искри­влений новый вид напряжений, увеличивая таким образом фи брозые напряжения против расчетных. Так, в случае, если прямо­линейный элемент какой-либо решетчатой конструкции получит в процессе сварки изгиб своей продольной оси, то под дей­ствием полезной нагрузки он будет не только равномерно рас - 196

тянут или сжат продольной силой Р, но и изогнут моментом, равным:

М = P-s,

где z — стрелка прогиба элемента, вызванная сваркой. При этом напряжения в элементе возрастут в п раз, причем:

Р, Рг

F'W _ , , F^z — * Г w.

P

F

Здесь F и W— площадь и момент сопротивления сечения. Для прямоугольного сечения с высотою Л, при стрелке про­гиба z=)rh, напряжения увеличиваются в два раза (п — 2).

«I

Рис. 180. Схема образования трещины в стенке двутавровой балки.

Вторая группа деформаций — выпучины, волнистость — изме­няет характер работы детали в том отношении, что, выключая из работы часть поперечного сечения, уменьшает его площадь и момент сопротивления и, следовательно, повышает напряже­ния против расчетных (рис. 180).

Так, например, в случае сварной консольной двутавровой балки, в результате угловой деформации при сварке стыкового шва поясного листа может произойти выпучина пояса в соот­ветствии с отмеченным в § 42, если не будут в процессе сварки приняты соответствующие меры, о которых будет сказано ниже (§ 63). Если к тому же поясные швы будут выполнены преры­вистыми, то на протяжении выпучины поясной шов может ока­заться отсутствующим. Тогда, при загружении в районе выпу­чины вместо двутаврового сечения балки будет работать одно­тавровое сечение, момент инерции которого во много раз меньше момента инерции всего сечения. При этом не исключена возмож­ность появления в стенке трещины (рис. 180, а). В отдельных случаях, как показал опыт эксплоатации сварных конструкций, трещина в стенке может не привести к аварии, если выпучина будет не слишком велика, а стыковой шов будет выполнен из материала с достаточно высокими пластическими свойствами. В таком случае трещина раскроется, поясной лист натянется, прижмется к стенке и вступит в работу (рис.180, б), вследствие чего расчетное сечение балки восстановится и дальнейшее рас-
иространение трещины будет предотвращено. Однако, если вы - пучина окажется достаточно большой, а пластические свойства наплавленного металла стыкового шва —низкими, то трещина может распространиться на достаточно большую часть стенки, а сварной шов может треснуть раньше, чем пояс успеет при­жаться к стенке и тем прекратить изгиб шва.

Аналогичное положение может создаться и в случае выпучины в элементах растянутого сечения. Так, например, если растяну­тый элемент имеет замкнутое сечение, состоящее из четырех листов, то в районе поперечного стыкового шва горизонтальных листов может произойти прогиб горизонтальных листов, как показано на рис. 181. Тогда продольное усилие будет в основном

восприниматься вертикальными листами и той частью гори­зонтальных, которая, будучи связанной с вертикальными листами, сохраняется плоской. Остальная часть горизонтальных листов почти полностью выключится из работы. В связи с таким изме­нением рабочего сечения, вместо равномерного распределения напряжений по сечению горизонтального листа, будет иметь место неравномерное распределение напряжений со значитель­ным перенапряжением краев горизонтального листа (рис. 181, а).

Подобные же условия работы оказались бы и в том случае, если бы элемент, приведенный на рис. 181, а, был снабжен по­перечными диафрагмами, поясные швы которых вызвали бы волнистость горизонтальных листов (рис. 181,6).

Из приведенного видно, что изгиб свариваемых элементов и выпучины отдельных листов, входящих в состав расчетного се ­чения, приводят к тем или иным перенапряжениям, которые могут отразиться на прочности конструкции. Поэтому разработка методов борьбы со всеми видами коробления при сварке является исключительно важной задачей.