При решении ряда вопросов возникает необходимость знать величину и распределение остаточных сварочных деформаций и напряжений. Такая необходимость возникает, в частности, при проверке устойчивости отдельных элементов сварной конструк­ции, учете напряженного состояния, вызванного предшествующи­ми швами на деформации от последующих швов. Знание остаточ­ной напряженности свариваемых элементов необходимо также для оценки их работоспособности. В соответствии с (2.31) оста­точные напряжения в произвольной точке сечения балки могут быть определены по формуле

MY, Zl-E^(<*^7jr)-Et'(Y, Z) , (5-6)

где irx - остаточный объем продольного укорочения сварного соединения; tx(Y, Z) - остаточные продольные пластические деформации в точке с координатами Y, Z.

Не рис.5Л, б показано распределение остаточных напряжений в стыковом соединении. Обычно, однако, строят упрощенные

эпюры остаточных напряжений, исходя из следующих соображе­ний. Эпюра остаточных пластических деформаций представляет собой площадь криволинейной трапеции AKD (рис.5.1,а). Ве­личина остаточных пластических деформаций укорочения в пре­делах зоны повторного пластического деформирования металла равна І£хш1+Ц, а вне этой зоны резко падает до нуля. По­этому действительную эпюру остаточных пластических деформа­ций (площадь А "В CD ) можно заменить равновеликой площадь» прямоугольника (площадь A'B'C'D' ). Тогда площадь зоны рас­пространения остаточных пластических деформаций можно

определить из выражения дня объема продольного укорочения сварного соединения. Действительно, с учетом выражения для

объема продольного укорочения можно записать

F

откуда, принимая во внимание, что

*

или подставляя вместо их и ьхш юс значения из (4.33) и (5.4), окончательно получим

Ivx) ____ 1___________ 1_________

ь J2sL, ~ і &s ~ . E-S

Рпр s рПР ад Рпр 0,%5^-КтК6К^п

Если площадь поперечного сечешя балки значительна, то |tXUi)<:<£-s и левой частью знаменателя можно пренебречь. То­гда площадь пластической зоны приблизительно определяется по формуле

’ Р*=0,У>5|^Ктк6Мп. <5.8)

Для ниакоуглеродистой стали - 0,003 см^/Дж)

ср

р,= ю-экткйк^п.

Площадь зоны пластических деформаций при учете струк­турных превращений также определяется по формулам (5.7) или (5.8) (вводить коэффициент Кф не следует). При этом нужно помнить, что в пределах ЗФП фазово-пластические деформации могут изменяться в широких пределах (см. подпараграф 4.7.3), а вне этой зоны, т. е. в пределах <1>1<‘Ь5 . пластические деформации равны <lxotm="(ts+'£xO ■

Учитывая, что ширина пластической зоны одинакова в каж­дом из элементов, сходящихся у шва (так как изменение макси­мальной температуры в нид одинаково), можно записать

где 23 s - сумма толщин свариваемых деталей у шва (рис,5.1,в) При этом 23 s равна: s - при наплавке валика на кромку;

ELs - при наложении шва на пластину или сварке встык плас­тин равных толщин; s,+ sa - при сварке встык элементов раз­ных толщин; 5р+2лп - при сварке таврового элемента.

Зная ширину распространения пластических деформаций, легко построить эпюры остаточных напряжений. На рис.5.2 пока­заны упрощенные эпюры остаточных деформаций и напряжений, ко­торые возникают в поперечном сечении элементов от продольных [ІШОВ. Построение эпюр выполняют следующим образом. В опре­деленном масштабе изображают ширину элемента и ширину плас­тической зоны в районе шва. Затем проводят линию ab, харак­теризующую полные деформации. Эту линию удобно проводить

через точки О1 к 0, , характеризующие деформацию є. =^- и

г

£хиГТ^ * Б пределах пластической зоны параллельно прямой

“"ПР

at и на расстоянии t3 от нее проводят прямую at, кото­рая характеризует остаточные пластические деформации. Упру­гие деформации Сна рисунке заштрихованы) вне пластической зоны соответствуют полным деформациям, а е пластической зоне равны ц С если режим сварки докритический), Эпюра напряжений повторяет в измененном масштабе эпюру упругих деформаций.