В результате наложения сварных швов на поверхность лис­тов последние деформируются не только в своей плоскости, но и из своей плоскости. При этом деформации имеют характер из­гиба - лист перегибается по линии наложенного валика. То же получается в результате сварки двух листов встык с разделкой я без разделки кромок (см. рис.1.2,г), деформации этого вида получили названия угловых и характеризуются углом jb. Угло­вые деформации являются, по существу, разновидностью попе­речных деформаций. Действительно, они обусловливаются неоди­наковыми по толщине листа поперечными деформациями. Однако поскольку процесс их образования имеет существенные особен­ности, а количественно они оцениваются новым параметром углом р , рассмотрение угловых деформаций производится от­дельно.

Процессы образования угловых деформаций при наложении валика на лист большой толщины и на пластину различаются. Это отличие обусловливается той же причиной, ЧТО К ДНЯ про­дольных и поперечных деформаций, а именно неодинаковым ха­рактером процесса пластической деформации в зоне разупрочне­ния при сварке листов разных толщин (с обжатием и без обжа­тия указанной зоны). Поэтому при рассмотрения угловых дефор­маций также необходимо различать два условия нагрева:

I) зона пластических деформаций охватывает всю толщину листа ("сквозной прогрев");

2) зона пластических деформаций распространяется на часть толщины листа ("несквоаной прогрев").

Наибольшее практическое значение для судостроительного производства имеет случай сквозного прогрева, С него начнем рассмотрение процесса образования угловых деформаций.

Как было показано в главе 3, перемещение источника теп­лоты (сварной дуги) по одной из поверхностей листа вызывает неравномерный нагрев по толщине, что учитывают поправочным коэффициентом m, который вводится в качестве множителя в уравнение процесса распространения теплоты в пластине от ли­нейного источника. Таким образом, температуру точек верхней и нижней поверхностей листа можно выразить соответственно

Т01хрО=твТ(х, у) t Ts(x,^*msTlx, v) і

где Т(х„у) - температура пластины в точке (х, у ) при на­греве ее линейным источником теплоты; m0lms - значения ко­эффициентов m для поверхностей г = 0 и г=ъ .

С удалением от источника тепловой поток выравнивается по толщине и коэффициенты т0 и стремятся к единице. При этом изотермические поверхности переходят в цилиндриче­ские.

Учитывая отмеченные особенности температурного поля, произведен анализ кинетики образования угловых деформаций, исходя из той же расчетной схемы,, которая была использована в § 4.5. Этот анализ так же разобьем на две части: сначала

выясним особенности процесса развития поперечных пластиче­ских деформаций в данном случае, ограничивая задачу качест­венной стороной, а затем приведем ее приближенное решение.

На рис.6.1,а показаны изотермы температуры разупрочне­ния Т*0 по верхней (сплошная линия) и по нижней по­

верхности листа (штриховая линия). Поперечные пластические деформации обжатия в основном завершаются в пределах зоны разупрочнения. Поэтому рассмотрим узкую полоску, пересекаю­щую указанную зону. ч

Так же как при рассмотрении поперечных деформаций, бу­дем различать в листе три области:

1) ограниченную изотермической поверхностью Т* , в ко­торой металла находится в состоянии рааупрочнения;

2) заключенную между изотермическими поверхностями Т* и

Ti, в которой происходит постепенное понижение температуры от Т* до Т, , незначительно превншашцей начальную темпера­туру листа;

3)

в которой нет заметного повышения температуры (внеш­няя область по отношению к изотермической поверхности ) эта область охватывает нагретую область листа с трех сторон и создает для нее жесткий подковообразный контур.

Рассмотрим поведение металла в указанной узкой полоске, заключенной между двумя сечениями на расстояния dx друг от друга. Эта полоска пересекает все три области. Концевые ее участки, принадлежащие области 3), жестко связаны между со­бой и препятствуют удлинению полоски в целом. Поэтому стрем­ление нагретой области расшириться реализуется за счет пере­мещения границ области I к плоскости хОи. При этом проис­ходит обжатие области I с образованием необратимых пластиче­ских деформаций укорочения.

Поскольку верхние слои металла у полоски листа нагреты выше, чем у нижней, перемещения точек по верхней поверхности листа к плоскости хОа больше, чем соответствующих точек на нижней поверхности.

Если вертикальными линиями нанести условные границы оди­наковых по ширине участков в сечении листа до прохождения через него источнике теплоты (рис.6.1,б то смещение этих границ вскоре после прохождения источника, т. е. в рассматри­ваемый в ни є момент (период 1 будет неодинаковым ко ширине и по толщине листа (рис. б.Т. в'1. Из рисунка видно, что пере-

мещение границ разупрочненной зоны к оси у верхней поверхно­сти больше, чек у нижней; в результате эта зона приобретает трапецевидную форму. Следует отметить, что в данный период область 3 препятствует не только удлинению полоски, но и ее изгибу. В последующий период П, который наступает вскоре по­сле рассмотренного, происходит выравнивание температуры по толщине листа. Участки металла в области 2, имевшие форму трапеций, приобретают форму прямоугольников, имеющих неоди­наковую ширину. При этом происходит поворот одной части лис­та. по отношению к другой с образованием угла р (рис.6.1,г).

В дальнейшем происходит выравнивание температуры по ідирине листа и ее постепенное понижение вследствие теплоот­дачи с поверхности. Этот процесс сопровождается перемещением

периферийных участков к плоскости ас Ой. ,т. е. укорочением всей пластины на величину &Т5 , После полного остывания (пе­

риод Ш) участки полоски восстанавливает свои размеры, as исключением участков в области I, где произошли необратимые пластические деформации укорочения (рис.6.1,д).

Произведем приближенную оценку описанного процесса. На пис.6.2,а показано распределе­ние температуры вдоль полоски по ее верхней (кривая ЛВС ' я нижней (кривая } по­

верхностям в первый из рас­смотренных выше периодов. Рас­суждая так же, как при опре­делении поперечных деформації см. (4.48) , можно оценить удлинение верхнего ( ЬВо ) и нижнего ( ftbj ) слоев полоски

в момент t! , которое они стре­мятся приобрести б результате нагрева: .тії_. ■ °£- tyn m. то = 11. ^ m

Удлинения ЬЬ*0 и Ы6^ характеризуют перемещение границ '.дести I (рис.6.2,б). Последние из положения mn и рг пе- ■;одчт в положение mV и р’г1 , образуя угол |5 , равный

уму поворота концов листа один относительно другого. Опре­деляя его как угол между do ковши сторонами трапеца имеем

С увеличением tyn/вг угол р сначала возрастает, до­стигая максимума, а затем уменьшается. Обусловливается это тем, что уненьиение разности m^-m^ с ростом %п/ъг про­исходит быстрее, чем увеличение самого q, n/sa. Действитель­но, с увеличением q, ft/s?- поперечине пластические деформации увеличиваются, однако степень их неравномерности распределе­ния по толщине уменьшается.

укорочение верхнего сдоя вадика в поперечною направле­нии

&B-aLT*b=2DLT*stgf ,

где Т* - температура, при которой металл восстанавливает упругие свойства.

Полагая, что у нижней поверхности поперечное укорочение пренебрежимо мало, получим

. (6.4)

В частности, если угол разделки равен 90°, то ■^0,02 рлд. При сварке таврового соединения односторонним

швом (ряс.6.4,б) изменение угла между полкой и стен­кой происходит вследствие двух причин; неравномерно­го нагрева полки и сокра­щения металла углового шва. Первая причина вызы­вает образование угла р, ,

который определяется также по рис.6.3, как я угол р при наложении шва на лист, но учитывается только та часть погонной анергии, ко­торая ответвляется в полку Цпл1 ). Сокращение металла углового шва при остывании внзнвает укорочение волокон, па­раллельных гипотенузе, что приводит к повороту стенда на угол Jb* .

Нри наложении второго шва (рис.6.4,в) возникают анало­гичные угловые деформации. За счет неравномерного нагрева полки образуется угол, который также можно определить по рис.6.3’. Однако свободному повороту стенки при сокращении металла второго шва препятствует первый шов. Возникающие при этом растягивающие напряжения в шве вызывают дополнительный изгиб полки на угол ^ , который приближенно можно опреде­лить по формуле

где к - катет шва; sn - толщина полотнища.

Таким образом, угод изгиба листа в тавровом с сю дине при двухсторонней сварке определяется so выражению

Следует отметить, что приведенные вше формули для оп­ределения угловнх деформаций является весьма прибхивеншмя. Величина угловой деформации р зависит от некоторых факто­ров, трудно доддаищхся расчетной оценке. В частности* угло­вая деформация зависит от формы сечения шва (глубины и жир»* нн провара)* на которую влияют сосредоточенность и другие характеристики источника нагрева.