ВНУТРЕННИЕ УСИЛИЯ И ДЕФОРМАЦИИ ПРИ СВАРКЕ

Нагрев детали в условиях двуосного закрепления

Характер изменения напряжений при нагреве стальной дета­ли, закрепленной в направлении двух координатных осей, от­личается от изменения напряжений при нагреве закрепленного

стержня. Ввиду препятствий, действующих по двум координат­ным осям, образование пластических деформаций при остыва­нии детали затруднено [4].

Для рассмотрения изменения напряжений при двуосном за­креплении примем условно, что изменение предела текучести нагреваемой стали, находящейся под действием усилий по двум координатным осям, подобно изменению предела текучести ста­ли при одноосном направлении усилий. В таком случае при на­греве стальной детали до 600° С, имеющей двуосное закрепле­ние (фиг. 19, а), напряжения сжатия, ориентированные по обе­им координатным осям, нарастали бы по прямой ОА (фиг. 19, б) подобно рассмотренному выше случаю (см. фиг. 18, б). Эти на­пряжения достигли бы предела текучести стали при температуре Тау ив детали протекали бы деформации пластического сжатия (подсадка металла) подобно рассмотренному выше случаю, но с большей интенсивностью. При 600° С сталь перейдет в пласти­ческое состояние и напряжения снизятся до нуля. При остыва­нии в металле возникнут напряжения растяжения, которые бу­дут нарастать по прямой BD, параллельной ОА, и достигнут предела текучести при температуре TD. Характер изменения >на­

пряжений растяжения при дальнейшем остывании будет отли­чаться от рассмотренного выше случая нагрева закрепленного стержня. Как известно, образование пластических деформаций при двуосном растяжении затрудняется. Если пренебречь воз­можностью образования пластического растяжения за счет уменьшения толщины металла, то при дальнейшем остывании ниже температуры TD напряжения растяжения увеличились бы по тому же прямолинейному закону (прямая DE). Ввиду невоз­можности пластического удлинения напряжения растяжения в процессе остывания достигнут предела прочности стали, и деталь разрушится в виде хрупкого излома (фиг. 19, б, точка Е).

Учитывая возможность частичного образования деформаций пластического растяжения за счет уменьшения толщины металла, мож;но полагать, что на некотором участке DF (фиг. 19, в) на­пряжения растяжения будут изменяться по кривой предела теку­чести оТп Ввиду более быстрого исчерпывания запаса пласти­ческих свойств стали на участке DF, по сравнению с, упруго­пластическими изменениями при одноосном закреплении, даль­нейшее остывание приведет к более интенсивному увеличению напряжений растяжения, превосходящих по величине предел текучести стали ат (участок F{F2 в цикле OABDFiF2, фиг. 19,в).

Остаточные напряжения по окончании теплового процесса бы­ли бы равны ординате OF2 и по величине превосходили бы пре­делы текучести от. В некоторых случаях остаточные напряже­ния растяжения возрастают до предела прочности, и деталь раз­рушается. Последнее нередко встречается при сварке конструк­ций в местах с большими двуосными напряжениями.

При остывании детали, закрепленной по трем координатным осям, нарастание напряжений растяжения будет более интенсив­ное, чем при двуосном закреплении. Образование деформаций пластического растяжения сильно затруднено при трехосном за­креплении, и вероятность хрупкого разрушения сварного соеди­нения, находящегося в объемном напряженном состоянии, зна­чительно увеличена. Появление трещин и разрывов в сварных соединениях, обладающих объемными напряжениями, часто встречается на практике.