В предыдущих параграфах определение объемов продольного и поперечного укорочения сварного соединения выполнено в предположении пояужесткой схемы деформирования элементарных призм, составляющих единичный слой металла, перпендикулярный к шву. Указанная схема оправдывается при длинных непрерыв­ных швах, когда термомеханический процесс является квазиста - ционарнш, а пластическая зона распространяется на всю тол­щину свариваемого изделия.

При некоторых способах и условиях сварки эти требования не выполняются и реальнім условиям процесса в большей степе­ни соответствует жесткая схема деформирования элементарных призм (см. § 4.2). Рассмотрим некоторые из этих способов и условий сварки.

4.6.1. Нагрев листа неподвижнда источником нагрева

или короткими швами

Предположим, что производится нагрев листа неподвижно* линейным источником, действующим. относительно короткое время (постановка сварной точки без давления). Такой источник мож­но рассматривать как мгновенный линейный источник теплоты величиной Q. . Процесс распространения теплоты от мгновенно­го линейного источника в пластине описывается уравнением
(3.8), которое при пренебрежении теплоотдачей имеет вид

у - 0^5-------- 4at

ерйїгаї')

С течением времени осесимметричное температурное поле, образуемое указанным источником, выравнивается: в центре пят­на нагрева температура снижается, а на заданном расстоянии г сначала возрастает, а затем падает. Определим максималь­ную температуру на расстоянии г. С этой целью прирЕївняе?* производную от температуры по времени нулю;

Отсюда время наступления максимальной температуря Подставляя это значение tm в уравнение (4.53), уравнение максимальной температуры в виде

т =J____ L JL 1

'm ср з. m

следовательно, максимальные температурные деформации изменя­ются по закону

изотермой Т=ц/г<і-, стремится уменьшить свой диаметр (а сле­довательно, и площадь1! и увеличить соответственно толщину. Иначе говоря, объем металла, ограниченный указанной изотер­мой, стремится перераспределиться. Пластические деформации на произвольном расстоянии г имеют одно и то же значение в любом направлении, в том числе в направлениях х и у. По­этому объемы укорочения в любом направлении также одинаковы, т. е.

Так как по толщине распределение пластических деформа­ций укорочения не меняется, то

(4.55)

Зависимость r*m от найдем по уравнению (4.45):

(4.56)

(4.57)

Таким образом, объем укорочения пятна нагрева (сварной точки), одинаковый в любом направлении, пропорционален коли­честву вводимой теплоты и обобщенной характеристике металла

eL/(cp), а коэффициенты - -0,255. Полученное решение

легко распространяется для оценки объема укорочения, возни­кающего при выполнении короткого шва. Действительно, темпе­ратурное поле при коротком иве (прихватки, короткие провары)

можно рассматривать как образованное неподвижным источ-

ником теплоты5^, приложении в середине шва мощностью Q. = "ЧіЛш ( Ьщ - длина шва!. Поэтому для короткого участка шва объем укорочения можно считать одинаковый в обоих на­правлениях и определять также по формуле С4.57), но с заме­ной на (^п1иш :

(4.58)

і!

4Vx=AV,=-0,a55^lji

(4.59)

х) В соответствии с принципе»! местного влияния температурное " поле мало зависит от характера распределения источника теплоты в период его последействия.

для прерывистых швов (с короткими проварами)

йУх-ЛУ,-0,г55^цпц,^ .

Таким образом, при рассмотренных способах сварки умень­шается объем продольного укорочения не только за счет умень­шения его фактической длины (на L^/t ), но и за счет умень­шения JAX. Но особенно существенно уменьшение объема попе­речного укорочения. Коэффициент JLLу снижается в несколько раз. Соответственно снижаются деформации, обусловленные по­перечным укорочением сварного соединения.

Приведенный анализ позволяет объяснить и обосновать це­лесообразность выполнения сварных швов участками вразброс или так называемым обратноступенчатым методом. Эффективность снижения деформаций при этом будет тем выше, чем короче уча­стки, выполняемые вразброс, и с чем большими временными ин­тервалами выполняются смежные участки шва (т. е. чем ниже температура металла от предыдущих прогаров в районе выполне­ния после дунце го) .

§ 4.7. Учет фазовых превращений металла при оценке сварочных деформаций и напряжений