Как было отмечено выше, причиной появления деформаций и напряжений при сварке является неравномерный нагрев сва­риваемых деталей и сопротивление (вследствие жесткости самой детали) возникновению тем тепловым и структурным дефор­мациям, которые вызываются нагревом. Поэтому для количе­ственной оценки величины сварочных деформаций и напряжений необходимо знать поведение материала при нагреве: его тепло­вое расширение и его механические характеристики при различ­ных температурах.

Относительное удлинение стали при нагреве, как известно, определяется из следующего выражения:

где X— относительное тепловое удлинение;

Д/ — абсолютное значение удлинения;

I—первоначальная длина; а — коэфициент линейного расширения,

Т—температура нагрева в °С[1].

Коэфициент линейного расширения а для предварительных приближенных расчетов может быть принят не зависящим от температуры и равным

а = 0,000012.

Тогда

Х = 0,000012- 7.

В действительности коэфициент линейного расширения, как показали соответствующие исследования [6], меняется с изме­нением температуры нагрева, и относительнее удлинение, вы­зываемое повышением температуры, с большей точностью может быть определено по следующей формуле:

Х = 11475-Ю-9- 7~ —{— 5,3 • 10“9-10- Т[2].

Механические характеристики стали, определяющие связь между деформациями и напряжениями при действии сил, также зависят от температуры. В силу того, что эта зависимость для различных сталей различная и притом достаточно сложная, в основу приводимых ниже расчетов положена диаграмма Пранд - тля для идеального упруго-пластического материала (рис. 3). При этом предположено, что для различных температур меняется лишь предел текучести а модуль упругости Е остается не­изменным. Зависимость предела текучести от температуры при­нята в виде, представленном на рис. 4. Подобно диаграмме

Прандтля, принятая диаграмма зависимости предела текучести от температуры представляет собою схематизированную зави­симость, которой заменена действительная зависимость os от температуры, изображенная на рис. 4 пунктиром. Соответственно пределу текучести изменяются и те относительные - удлинения еу, при которых достигается предел текучести (рис. 4).

гри Т.

т,> Т!

при

L

Рис. 3. Зависимость между де­формациями и напряжениями для идеального упруго-пластического материала при различных темпе­ратурах.

Сделанные допущения позволяют перейти к определению де­формаций и напряжений. Однако прежде чем определять их для условий неравномерного нагрева, характерного для сварки, следует уточнить процесс их возникновения и развития при равномерном нагреве и остывании стержня.