СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Значение сварочных напряжений для прочности сварочных конструкций

Из приведенного выше рассмотрения вопроса о суммирова­нии сварочных напряжений с напряжениями от полезной нагрузки следует, что сама по себе величина начальных напряжений не имеет значения для характера дальнейшей работы элемента, так как после первого загружения работа элемента протекает упруго, независимо от величины начальных напряжений. Сами начальные напряжения уменьшаются, и тем сильнее, чем выше напряжения от полезной нагрузки. Из приведенных выше выражений для остаточных напряжений следует, что остаточные напряжения будут равны нулю, если полезная нагрузка будет вызывать напряжения, равные пределу текучести, т. е. если ji = l.

Таким образом, сама величина начальных напряжений не от­ражается на прочности сварной конструкции, если последняя выполнена из материала с достаточно высокими пластическими свойствами.

Более важное значение имеют начальные пластические дефор­мации. Действительно, если начальные пластические деформации вместе с дополнительными, возникающими при первом загру - жении, будут больше длины площадки текучести, то работа материала перейдет в область самоупрочиения, что может снизить действительный запас прочности конструкции. Не оста­навливаясь здесь на вопросе выбора запаса прочности, можно лишь отметить, что при прочих равных условиях запас прочности будет больше, если пластические свойства будут использованы меньше, причем во всяком случае необходимо, чтобы пласти­ческие деформации не выходили за пределы площадки текучести. Если пренебречь всеми пластическими деформациями, могущими появиться в процессе изготовления конструкции, кроме дефор­маций, вызванных сваркой, то величина последних составит около 1°/0 начальных деформаций и максимум 2-е4 от воздействий полезной нагрузки, т. е. в сумме около 1,3°/0. Поэтому при длине площадки текучести, превосходящей 1,5%, пластические дефор­мации также не отразятся на прочности сварной конструкции При возникновении в процессе изготовления изделия пластических деформаций и от других причин (вальцовка, фланжеровка, штамповка и другие операции) длина площадки текучести соот­ветственно должна быть больше.

При применении жесткого материала, не имеющего площадки текучести или имеющего площадку с очень малой длиной, необходимо принимать меры к уменьшению суммарных деформа­ций, вызываемых сваркой.

Таким образом, о влиянии процесса сварки на прочность сварной конструкции необходимо судить не по напряжениям, вызываемым сваркой, а по тем суммарным относительным деформациям (упругим и пластическим), которые возникают при сварке.

Если ограничиться рассмотрением влияния сварочных дефор­маций и напряжений на прочность конструкций, выполненных из малоуглеродистых и низколегированных сталей с большим процентом удлинения и значительной длиной площадки текучести* то можно признать, что при статистической нагрузке сварочные деформации и напряжения не снижают прочности сварных конструкций.

Так как большинство сварных конструкций работает под действием переменных нагрузок, то необходимо установить, как может повлиять сварка на предел усталости. Как устано­влено исследованиями в области металловедения [43], предел усталости в результате наклепа повышается, причем это повы­шение наблюдается как после наклепа, полученного путем доведения до остаточных деформаций при растяжении или при сжатии, так и после наклепа, полученного путем последователь­ного доведения образца сперва до пластических деформаций растяжения, а потом до пластических деформаций сжатия, или наоборот.

В случае суммирования напряжений от знакопеременной на­грузки с напряжениями от сварки имеет место развитие пла­стических деформаций либо одного знака либо последовательно двух знаков, т. е. при первых загружениях происходит наклеп, после чего материал работает упруго. Таким образом, условия в полной мере соответствуют тем, которые имели место при проведенных исследованиях, а потому нет никаких оснований ожидать понижения предела усталости основного или напла­вленного металла шва в результате сварочных деформаций и напряжений. Поэтому и в случае знакопеременных нагрузок сварочные деформации и напряжения не влияют на прочность сварных конструкций.

Следует, однако, отметить, что рассмотренное в предыдущем параграфе суммирование напряжений и выводы, сделанные выше, предполагают наличие линейного напряженного состояния.

Однако все сделанные выводы, как показали эксперименталь­ные исследования и опыт эксплоатации сварных конструкций, могут быть полностью распространены и на плоское напряженное состояние. Значительно неопределеннее обстоит дело в том случае, когда в результате сварки возникает объемное напряжен­ное состояние, значительно снижающее деформационную спо­собность материала. Однако и в этом случае, применительно к реальным условиям работы сварных конструкций, можно ожидать значительно более благоприятных условий работы сварных конструкций, нежели это вытекает из чисто отвлеченных предположений. Действительно, если в конструкции и имеют место области объемного напряженного состояния, то они не распространяются на все сечение элемента, а окружены пластич­ным металлом, который в значительной мере смягчает динами­ческие воздействия, в основном опасные при объемном напря­женном состоянии. Из этого, однако, не следует делать заклю­чения, что на объемное напряженное состояние можно не обра­зов

щать внимания. Наоборот, следует принимать все меры для предотвращения его возникновения при сварке (соответствующим размещением швов, например) и особенно для исключения в конструкции таких мест, где на объемное напряженное состо­яние от сварки будет накладываться область резкой концентра* ции напряжений от полезной нагрузки в результате недостаточно рациональных конструктивных форм изделия.

Необходимо остановиться еще на одном роде напряжений., возникающих при сварке, — на напряжениях, вызванных нали­чием закреплений, препятствующих свободным деформациям сва­риваемых деталей. Эти напряжения, по существу, являются на­пряжениями от внешних сил и должны были бы входить в виде слагаемого в те напряжения, которые определяются от внешней нагрузки. Однако, имея в виду то, что эти напряжения возникли в процессе сварки и уже вошли в те начальные напряжения,, которые рассматривались при суммировании сварочных напря­жений с напряжениями от полезной нагрузки, как либо допол­нительно их учитывать нет необходимости *.

Таким образом, можно установить, что напряжения, возни­кающие при сварке, как правило, не снижают прочности свар­ных конструкций. Следует лишь особое внимание обратить на предотвращение возникновения при сварке объемного напряжен­ного состояния и на исключение совмещения участков повышен­ной концентрации напряжений от полезной нагрузки с участками пониженных пластических свойств, возникшими при сварке.