29. Общая схема развития деформаций и напряжений при сварке встык

Рассмотренные выше условия образования деформаций и на­пряжений при наплавке валика на кромку полосы и получен­ные при этом зависимости деформаций и напряжений от ряда факторов позволяют решить вопрос о деформациях и напряже­ниях в случае простейшего и в то же время наиболее распро­страненного сварного соединения — соединения встык.

При выполнении стыковых соединений возникают деформа­ции как в плоскости свариваемых листов, так и выходящие из их плоскости.

Ограничимся сначала рассмотрением только деформаций в плоскости свариваемых листов. Их величина и характер будут зависеть, как эго показано в работах автора [27], [28], прежде всего от соотношения ширин свариваемых листов.

Так, если ширина hx одного из свариваемых листов рнзна нулю, то деформации второго листа будут такими же, как в случае наплавки валика на кромку. При приварке к широкому листу /г3 узкой полоски (шириною < h2) деформации широкого листа будут приближаться к тем, которые имели бы место при наплавке валика на его кромку, но не будут им равны из-за противодействия узкого листа, при этом ось шва искривится в соответствии с деформациями широкого листа. При сварке полос равной ширины (h2 = h1) взаимодействия обеих полос равны, а потому ось стыкового шва останется прямолинейной. То же будет иметь место и при приварке полосы к бесконечно, жесткой недеформируемой плите.

Для двух последних случаев (Aj —Л2 и /Zj = oo) общая упро­щенная схема происходящих при этом явлений может быть представлена в следующем виде.

В первые моменты времени, до тех пор пока наплавленный металл сварного шва имеет температуру выше 600°, т. е. нахо­дится в пластическом состоянии, деформации полосы будут такие же, как и в случае наплавки на кромку валика полосы. Деформации полосы в течение этого промежутка времени могут быть определены кривизной С, полученной как при наплавке валика на кромку свободной полосы (рис. 93, а и б).

В следующий промежуток времени, по мере продвижения дуги, температура начала шва постепенно понижается и у начала шва создается участок, на ко­тором наплавленный металл, нагретый ниже €00°, обладает упругими свойствами и может оказывать сопротивление де­формациям полосы. На этом участке положительная кри­визна полосы уменьшается и при свободной полосе поло­жительная кривизна перехо­дите отрицательную(пунктир­ная кривая на рис. 93, в).

Однако вследствие того, что полоса связана упругим швом с жестким основанием, ее рас­прямлению препятствует шов, ^ _ в котором возникают соответ-" ствующие напряжения. Пока упругий участок шва незначи­телен, возникающие в нем силы не в состоянии противостоять деформациям полосы, — в шве появляются пластические де­формации, а полоса изгибается так, как если бы она была свободна. Но по мере увели­чения длины /уПр упругого уча­стка шва его сопротивление возрастает, и вместо дефор­маций, соответствующих сво­бодной полосе (положение, изображенное пунктиром на рис. 93,2), полоса приобретает деформации, показанные на * рис. 93, г сплошными линиями.

Кривизна полосы при этом сохраняет положительный знак, а с некоторого момента времени, когда длина упру­гого участка шва оказывается такой, что изгибающий мо­мент, который может выдер­жать шов без появления в нем пластических деформаций, ста­новится равным моменту, дей­ствующему в полосе, кривизна полосы на упругом участке шва

остается постоянной и равной

некоторой величине С',п (рис. 93,в).

Деформации полосы были бы такими, как изображены и і рис. 93,2, лишь в тоа случае, если бы не происходили дефор­мации самого шва как вследствие его остывания, так и вслед­ствие воздействий, оказываемых на него полосой. Если темпера­тура отдельных точек шва по его длине в некоторый момент вре­мени была представлена кривой Т (рис. 94, а), а в следующий момент времени—той же кривой Т, но сдвинутой на величину Ох—О., в соответствии с движением электрода, — то вследствие различного укорочения в точках тип произойдет не только сме­щение, но и поворот привариваемой полосы. Так как укороче­ние в точке п будет больше укорочения в точке т (в связи с тем, что разность температур Д7,т<Л7'я), то полоса займет положение, представленное на рис. 94,5 сплошными линиями, вместо положения, показанного на рис. 93, г и изображенного пунктирными линиями на рис. 94,(5. На деформации, вызванные только остыванием шва, будут накладываться деформации, вызванные воздействиями полосы на шов, которые приведут к перемещению и повороту полосы как жесткого целого.

Таким образом, суммарные деформации полос в процессе сварки их встык складываются из деформаций изгиба самих полос и из деформаций перемещения и поворота их как жест­кого целого, вызываемых изменениями ширины шва при его остывании. В действительности перемещение и поворот полосы будут обусловлены остыванием не только шва, но и прилегаю­щей к шву зоны основного металла, приближенно равной ширине шва вместе с зонами нагрева свыше 600J.

Для определения перемещения отдельных точек вследствие изгиба полосы необходимо знать кривую изменения кривизны для рассматриваемого случая сварки встык двух полос равной ширины или приварки полосы к жесткому основанию. Эта кривая может быть получена путем добавления к кривизне свободной полосы кривизны, обусловливаемой реакцией шва (связанного со второй полосой).