ТЕОРИЯ сварочных процессов

Однопроходная сварка пластин прямолинейным швом

При сварке пластин из малоуглеродистой стали в поперечном сечении сварного шва образуется распределение продольных на­пряжений, представленное на рис. 11.7. Рассмотрим подробнее

механизм его образования, описан­ный в разд. 11.2. Распределение на­пряжений связано с распределением температур при прохождении сва­рочного источника. Часть сечения - пластическая зона шириной 2Ьпп (см. рис. 11.3, а) - нагревается выше некоторой температуры Тт, и в ней возникают пластические деформа­ции укорочения (рис. 11.7, а). Сжи­мающие временные напряжения в пластической зоне равны пределу текучести. Поскольку предел теку­чести снижается при высоких тем­пературах, в шве и вблизи него напряжения близки к нулю (рис. Рис „ 7 образование про-

11.7, б). Эпюра уравновешена по дольных остаточных напряже-

сечению, суммы площадей под по - ний при сварке прямолиней-

ложительными и отрицательными ного шва: температура (а) и

частями графика равны. После ос - временные напряжения (б) при

r ^ г прохождении сварочного ис-

тывания часть сечения, испытавшая Т0ЧНИка; остаточные напря-

пластическое укорочение, растяну - жения после остывания (в)

та, и напряжения в ней близки к

пределу текучести материала. Остальная часть сечения сжата (рис. 11.7, в).

Распределение напряжений в пределах пластической зоны ос­тается таким же и при сварке пластин разной ширины, а также при сварке продольными швами различных профилей проката.

За пределами пластической зоны распределение остаточных напряжений такое же, как от приложения двух «усадочных» сжи­мающих сил по концам шва (показаны толстыми стрелками на

рис. 11.7). Температура Тт и ширина пластической зоны 2Ьип зави­сят от жесткости свариваемых деталей. Чем выше жесткость и чем больше количество теплоты, введенной при сварке на единицу длины шва, тем шире пластическая зона и больше усадочные си­лы, действующие на остальную часть сечения.

Распределения продольных напряжений примерно одинаковы во всех поперечных сечениях пластины, удаленных от начала и конца шва на расстояние, превышающее ее ширину. При прибли­
жении к концам шва продольные напряжения убывают, но в отли­чие от средней части шва на концевых его участках возникают значительные поперечные напряжения (даже в пластине, свобод­ной от закреплений). Из условия равновесия концевого участка одной из свариваемых пластин (прямоугольника Л на рис. 11.8) следует, что изгибающий момент, создаваемый продольными на­пряжениями на левой стороне прямоугольника должен быть урав­новешен моментом от поперечных напряжений на его нижней сто­роне, так как остальные две стороны прямоугольника проходят по наружному контуру пластины и свободны от нагрузки.

Рис. 11.8. Поперечные остаточ­ные напряжения при большой скорости сварки

Во время сварки в шве и вблизи него возникают сжимающие напряжения, а вдали от шва - растягивающие (см. рис. 11.7, б), т. е. на левую сторону прямоугольника действует момент, направ­ленный против движения часовой стрелки. Следовательно, на кон­це шва должны действовать растягивающие напряжения, уравно­вешивающие этот момент. Эти напряжения могут стать причиной возникновения продольной трещины на конце шва.

После остывания знаки напряжений изменяются на противопо­ложные. Продольные напряжения в шве становятся растягиваю­щими, а на краю пластины - сжимающими (см. рис. 11.7, в). При этом эпюра поперечных остаточных напряжений приобретает вид, показанный на рис. 11.8 (у конца шва возникает сжатие). Такое распределение напряжений возникает при большой скорости свар­ки, когда нагрев и остывание всего концевого участка шва проис­ходят практически одновременно. При уменьшении скорости сварки картина изменяется и в конце шва могут возникнуть растя­гивающие поперечные остаточные напряжения.