В ряде случаев свариваемые элементы испытывают напряжения еще до начала сварки. Начальное напряженное состояние, которое может быть вызвано внешним нагружением или предшествующими техноло­гическими операциями (в том числе и выполнением предшествующих сварных швов), оказывает существенное влияние на процесс образова­ния деформаций и напряжений и, следовательно, на величину объема продольного укорочения. Рассмотрим это влияние несколько подроб­нее с целью возможного получения эффективного способа уменьшения ожидаемых сварочных деформаций и напряжений.

Так же, как и в начале настоящего подраздела, рассмотрим про­стейшую балочную конструкцию (балку-полоску) с центральным продольным швом (см. рис. 16.1), который производится после пред­варительного растяжения балки-полоски в продольном направлении. Предположим, что начальные растягивающие напряжения ан состав­ляют часть от а., т. е. ан =ра (єн=рє ). Как и ранее, выделим в балке участок единичной длины и разобьем его на элементарные призмы.

Проследим за развитием упругопластическпх деформации в отдель­ных призмах на упрощенной диаграмме (рис. 16.4, а). Исходное состоя­ние всех призм характеризуется точкой 0 на диаграмме о-с. Соответ­ственно, на величину начальных деформаций должна быть смещена вправо ось температурных деформаций! графика е;шч. Нагрев призм при­водит сначала к снятию растягивающих напряжений и лишь затем - к появлению напряжений сжатия.

На примере призмы 1 видно, что призмы, у которых О. Т < є + ^ єн, процесс нагрева и охлаждения сопровождается изменением толь­ко упругих деформаций, конечное состояние - возврат в точку 0Г Для призмы 2 максимальные температурные деформации характе­ризуются отрезком ab, цикл изменения напряжений - ломаная линия

0./1ЛД,. Следовательно, пластические деформации в призме соответ­ствуют отрезку /1Л,, равному отрезку Ы

Аналогично для призмы 3, максимальные температурные деформа­ции которой характеризуются отрезком r/с, цикл изменения напряже­ний - О. ЛЛ, В В. При этом призма претерпевает при нагреве пластичес­кие деформации сжатия ЛЛ,, а при охлаждении - пластические деформации растяжения В, В. Остаточные или суммарные пластичес­кие деформации в призме характеризуются отрезком ВВ равным от­резку fq.

Охватывая все призмы, получим эпюру распределения по ширине балки-полоски остаточных пластических деформаций (заштрихован­ная площадь). Площадь этой эпюры S£ характеризует величину объе­ма продольного укорочения с учетом начального напряженного состо­яния. Определяем ее по формуле (16.7), заменив соответственно пределы интегрирования:

#.-МИ£&. '( - = -0.484——In——

Ф ,ч. J г ср л* ss +1

Рекомендуется вводить в формулу (16.8) поправочный коэффици­ент Ка, учитывающий влияние начального напряженного состояния:

^_|П1 + Р t М1 + Р)

Sp In 2 In 2

где (3 = —.

8Ч

Зависимость коэффициента Ка от (3 приведена на рис. 16.4, б, из ко­торого видно, что растягивающие начальные напряжения приводят к уменьшению, а сжимающие - к увеличению объема продольного уко­рочения сварного соединения.

В практических расчетах можно рекомендовать оценку Кп по при­ближенным зависимостям:

Замечание: обычно в основную формулу (16.8) вводят еще один по­правочный коэффициент К, учитывающий влияние толщины сварива­емых элементов. При увеличении толщины свариваемых элементов меняется мерность распространения теплоты, приводящая к изменению области, в которой происходят необратимые объемные изменения. При наплавке валика на полубесконечное тело (s -> ос ) значимый коэффи­циент в формуле (16.8) уменьшается до значения -0,255. В практичес­ких расчетах при сварке элементов малых и средних толщин, в основ­ном и применяемых в судовых конструкциях, рекомендуется брать значения Ks = 1.

При одновременном учете влияния теплоотдачи, начального напря­женного состояния и толщины свариваемых элементов формула для определения объема продольного укорочения сварного соединения при­обретает вид

Дг, =-0.335KTKaKs~qn. (16.12)

Коэффициент продольного укорочения сварного соединения, таким образом, принимает вид

=-0,335KTKGKS. (16.13)

Раздельный учет факторов, оказывающих влияние на величину объе­ма продольного укорочения сварного соединения, существенно упро­щает задачу его определения.