Систематизация сварочных напряжений и деформаций
Систематизация напряжений, возникающих при сварке, может быть произведена по последующим признакам.
1. Зависимо от базы уравновешивания (т. е. от объема той области металла, которую напряжения обхватывают) внутренние, так именуемые собственные, напряжения могут быть разбиты на три категории: первого, второго и третьего рода.
Если напряжения действуют и уравновешиваются в больших объемах, соизмеримых с размерами изделия либо отдельных его частей, то их принято именовать напряжениями первого рода. С такими напряжениями приходится встречаться в сварных судовых и машиностроительных конструкциях из обычный малоуглеродистой стали (они и являются главным объектом исследования в реальном курсе). Направление этих напряжений обычно связывают с геометрической формой изделия либо направлением шва и соответственно напряжения именуют продольными, поперечными и т. д.
Напряжения, действующие и уравновешивающиеся в границах 1-го либо нескольких кристаллов (зернышек) металла, именуют микроскопичными, либо напряжениями второго рода. Напряжения второго рода не имеют определенной ориентировки относительно осей изделия.
Напряжения, действующие меж элементами (ячейками) кристаллической решетки металла, именуются ультрамикроскопическими, либо напряжениями третьего рода. Они также не нацелены относительно осей изделия либо шва.
При практическом исследовании сварки и сварных конструкций основное внимание уделяется напряжениям первого и отчасти второго рода, которые почаще встречаются и появляются, а потому относительно лучше и полнее исследованы.
2. Зависимо от периода деяния сварочные напряжения делятся на временные, которые именуют также термическими, либо температурными, и остаточные.
Температурные напряжения в детали (системе) появляются при неравномерном рассредотачивании температуры по детали вследствие различия в степени расширения нагреваемых участков. После выравнивания температур разных участков системы температурные напряжения исчезают либо же перебегают в остаточные. Остаточными именуются напряжения, сохраняющиеся в детали (системе) после окончания той либо другой технологической операции.
Остаточные напряжения при сварке нередко именуют усадочными -от слова «усадка», т. е. сокращение объема при переходе
металла (имеется в виду металл шва) из водянистого в жесткое состояние. Это заглавие следует признать очень условным и не определяющим настоящую причину появления напряжений.
Усадочными явлениями время от времени называют всю совокупа деформирования конструкций и скопления в их напряжений под воздействием процесса сварки.
3. Напряжения первого рода от сварки зависимо от событий их появления можно условно поделить на сварочные и реактивные.
Сварочные напряжения появляются в самом шве от воздействия одних участков шва на другие и в других частях свободной конструкции от сокращения свариваемых швов. Сварочные напряжения, возникающие в зоне 1-го данного шва, назовем своими сварочными (время от времени их именуют также активными напряжениями). Напряжения, возникающие в разных участках конструкции, свободной от наружных связей, также в других швах в итоге сварки данного шва, именуют реактивными сварочными.
Не считая того, различают напряжения реактивные от наружных связей, когда конструкция сваривается при закреплении во наружном контуре.
Заметим, что в целой конструкции деление напряжении первого рода на сварочные и реактивные, строго говоря, условно. По существу, собственные сварочные напряжения, возникающие во всяком заваренном участке сварного шва, сами обоснованы противодействием прохладных частей и прошлых участков такого же шва, т. е. их реакцией.
Но, рассматривая сварную конструкцию в целом, нужно выделить отдельные виды напряжений, чтоб создавать их количественную оценку и отыскивать предпосылки появления.
4. Зависимо от пространственного расположения напряжений первого рода в изделии напряженное состояние может быть: линейным (одноосным), плоским (двуосным) либо большим (трехосным). При всем этом делении подразумевается, что составляющие напряжений, направленные соответственно по двум либо трем осям, соизмеримы меж собой.
5. Относительно направления шва либо полосы нагрева напряжения делятся на продольные, действующие параллельно шву либо полосы нагрева, и поперечные, действующие перпендикулярно этим линиям.
6. Сварочные напряжения зависимо от обстоятельств их появления делятся на две группы: термические и структурные.
Термические напряжения первого и второго рода появляются только вследствие расширения нагретых волокон металла. Структурные напряжения появляются в дополнение к термическим, потому что при переходе неких металлов (во время нагрева либо остывания) из 1-го структурного состояния в другое объем кристаллов меняется. К примеру, вследствие того, что мартенсит наименее плотен, чем аустенит, распад аустенита у легированных сталей сопровождается расширением того участка, в каком возникает мартенсит, и образованием напряжений.
Систематизировать сварочные деформации труднее, потому что как даже при сварке простых частей приходится иметь дело со сложной деформацией, происходящей сразу в нескольких направлениях.
Деформации могут происходить по двум причинам:
1) из-за наружного силового воздействия, под воздействием которого элемент испытывает, к примеру, растяжение, сжатие либо
другой вид напряженного состояния, приводящего к смещению одних частиц элемента относительно других;
2) из-за конфигурации внутреннего температурного состояния элемента (степени нагрева). При повышении температуры элемент расширяется (его в это время ничто не растягивает), а при снижении температуры сокращается.
Разграничение этих понятий (растяжения, расширения, сжатия и сокращения) принципиально для предстоящего изложения.
Следует различать два вида деформаций по причинам появления и нраву проявления:
1) внутренние деформации, происходящие на отдельных участках элемента, но удовлетворяющие условию сплошности тела;
2) наружное формоизменение, которое может быть очень различным.
Внутренние деформации имеют место, к примеру, при нагреве участка снутри жесткой конструкции. Форма конструкции от этого нагрева не поменяется, но некие частички снутри конструкции от расширения сместятся одни относительно других.
Наружное формоизменение наблюдается либо при нагреве свободного от связей элемента, либо же при приложении к нему наружных сил; при всем этом внешние контуры детали смещаются одни относительно других.
Вид деформации (либо одновременное проявление обоих видов) находится в зависимости от предпосылки появления деформаций и от критерий закрепления тела либо его частей (частей).
Внутренние деформации можно (в первом приближении) считать связанными с возникающими напряжениями по известным уравнениям теории упругости и теории пластичности. Но, так как при сварке происходит изменение механических параметров материала в очень широких границах, то зависимость меж напряжениями и внутренними деформациями оказывается существенно более сложной.
Внутренние деформации по собственной величине и обратимости могут быть разбиты на упругие и пластические, как это вытекает из физических параметров свариваемых металлов.
Формоизменение может быть выражено сокращением, извивом кручением либо угловым искажением всей конструкции либо ее участков. Этот вид сварочных деформаций принято делить на местные деформации, т. е. относящиеся к раздельно элементу либо участку конструкции, и общие, относящиеся к целой конструкции на всем ее протяжении. Соответственно молвят, к примеру, «общие деформации изгиба», «местные угловые деформации» и т. д.
Наружное формоизменение конструкции может происходить без появления внутренних напряжений в случае, если элементы передвигаются свободно, не встречая препятствий.
В практике производства железных конструкций из листового и профильного материала наружное формоизменение принято делить на деформации в плоскости элемента и деформации с отклонением из плоскости, которые обобщают словом «коробление».
Деформации в плоскости листов могут быть разбиты на продольные и поперечные укорочения и деформации извива, зависимо от направления их относительно шва либо полосы прогрева. Деформации из плоскости появляются в виде общего извива частей либо в виде «угловых деформаций», т. е. местных сломов на листах, поперечных либо продольных волн и выпучин.
