Угловые сварочные деформации являются, по существу, разновид­ностью поперечных деформаций. Как отмечалось в подразд. 16.3, не­равномерный прогрев металла по толщине в зоне сварного соединения обусловливает неодинаковые по толщине пластические деформации металла в поперечном направлении, что, соответственно, уменьшает не только величину пластического обжатия металла, но и, в свою очередь, является причиной образования угловых деформаций.

В момент /* (см. рис. 16.5, в) происходит бессиловое пластическое обжа­тие металла области 1. Только в рассматриваемом случае неравномерного

нагрева по толщине (рис. 16.8) пластическое обжатие металла в попе­речном направлении в верхних слоях будет больше, чем в нижних, что обусловит не только перемещение сечений тт и пп внутрь области 1, но и некоторый их поворот, характеризуемый углом (3.

Поскольку после полного охлаждения все элементы, которые не на­гревались выше Г*, должны вернуться к исходной форме прямоуголь­ников, кроме элементов участка области 1, происходит поворот плос­ких элементов балки-полоски, характеризуемый тем же углом р.

Аналитически оценить величину угловых деформаций, обусловлен­ных неравномерным прогревом металла по толщине, крайне затрудни­тельно, так как расчетная оценка действительной температурной ситу­ации в области металла, близкой к источнику, очень сложна.

В практических расчетах угловые деформации Р рекомендуется опреде­лять по эмпирическим зависимостям, предложенным С. А. Кузьминовым

(1п

(рис. 16.9). Эти зависимости р от — и г справедливы для случаев как Ш

сквозного, так и несквозного прогрева по толщине, когда зона пласти­ческих деформации охватывает не всю толщину свариваемых элемен­тов.

Угловые деформации могут быть обусловлены и другой причиной, связанной с неравномерным сокращением металла шва в поперечном направлении по толщине при охлаждении (литейной усадкой), встре­чающейся при сварке элементов с разделкой кромок.

Например, при сварке листов толщиной 5 встык с разделкой кромок (0 - угол разделки) (рис. 16.10, а) угловая деформация (3 может быть определена из следующих соображений.

Ширина шва у верхней поверхности

В = 2s tg-.

2

Укорочение верхнего слоя в поперечном направлении при охлаж­дении

Afl = a7'S = 2a7'*.vt«|.

где Т* - температура, при которой металл восстанавливает свои упру­гие свойства. Полагая, что у нижней поверхности поперечное укороче­ние пренебрежимо мало, получаем

Р = —= 2a7’*tg^. (16.26)

s 2

В частности, угловые швы тавровых соединений без разделки кро­мок свариваемых элементов ассоциируются с выполнением швов в раз­делку 90°, для которых р = 2а Г* ^ 0,02 рад.

В качестве более сложного примера на рис. 16.10, 6 показан фраг­мент таврового соединения с односторонним угловым швом, для кото­рого изменение угла между полкой и стенкой происходит вследствие двух причин: неравномерного нагрева полки и сокращения металла шва.

Если считать нижнюю точку полки под стенкой жестко закрепленной, первая причина определит излом полки, характеризуемый углами справа

и слева, равными Значение Р, определяют по графику (см. рис. 16.9), ”

где в параметр — подставляется не полное значение погонной энергии

2.v„

сварки, а только ее часть, идущая на нагрев полки: <у|И| =</„--------- . а

• 2.s„+.sV

вместо 5 - 5(|. Вторая причина обусловит поворот стенки в сторону уг­лового шва на угол (37» 0,02 рад.

В случае двустороннего шва выполнение второго углового шва на той же погонной энергии, что и первого, обусловит увеличение излома полки в два раза за счет повторного неравномерного нагрева полки. А литейная усадка второго шва, которой препятствует металл первого шва, вызовет появление растягивающих напряжений в швах, которые обусловят:

• незначительный дополнительный прогиб (излом) полки, кото­рый можно определить по формуле

Ра =0.02

где k - катет шва;

• незначительный поворот стенки в обратном направлении, но с углом (V, значительно меньшим, чем угол рг Этим наклоном мож­но пренебречь, считая (у « 0.