Файл: Майзель В.С. Сварные конструкции учебник.pdf

полностью предназначенный для них срок и позволили успешно вы­ полнить поставленные при этом цели (а некоторые из них про­ должали работать еще и значительно более продолжительное время), многократно появлявшиеся в них местные разрушения (в виде отдельных мелких трещин в местах наибольшей концентра­ ции напряжений, созданной резким изменением конструктивных форм или отдельными дефектами сварных швов) свидетельствуют о необходимости значительно более внимательного подхода к во­ просу обеспечения надежности сварных конструкций в таких от­ ветственных сооружениях, как железнодорожные мосты.

Только после достаточно внимательного изучения полученного опыта и большой подготовительной работы, связанной с выбором марки стали для сварных мостов (при этом была создана специаль­ ная марка стали М16С), исследованием прочности и выносливости сварных соединений, разработкой методов и аппаратуры для автоматической сварки, разработкой современных методов кон­ троля качества сварных швов, отработкой технологии на заводах, разработкой типовых проектов и созданием специальных техни­ ческих условий на проектирование и изготовление сварных про­ летных строений железнодорожных мостов, удалось успешно ре­ шить эту сложную проблему и наладить серийное изготовление

Остаточные деформации и напряжения. При проектировании и изготовлении сварных конструкций необходимо считаться с воз­ можностью появления в них остаточных деформаций и напряже­ ний и принимать меры для их предотвращения или ограничения в таких пределах, при которых влияние их не будет опасным.

Впервые на возникающие при сварке деформации и напряже­ ния и на необходимость их учета указал изобретатель электриче­ ской дуговой сварки металлическим электродом Н. Г. Славянов. Он отметил, что причиной появления сварочных напряжений является неравномерный нагрев изделия при сварке, вызывающий местные пластические деформации. При этом он еще тогда указы­ вал на разницу проявления сварочных напряжений в хрупких и пластичных металлах, а также на особую опасность напряже­ ний, появляющихся при сварке жестко закрепленных деталей. Н. Г. Славянов разработал и некоторые меры борьбы с вредным влиянием напряжений (предварительный подогрев изделия, про­ ковка сварных швов и др.), которые применяются и в настоящее время.

Необходимо отметить, что появление деформаций и напряже­ ний в результате воздействий, оказываемых при обработке металла, не является исключительной особенностью сварных конструкций.

Влияние остаточных напряжений на прочность. В теории сварочных напряжений и деформаций достаточно подробно рас­ смотрены особенности работы элементов, имеющих начальные сварочные напряжения, и показано, что действие внешней на­ грузки вызывает в сварной конструкции местные пластические деформации и приводит к снижению начальных напряжений при первом нагружении Последующие нагружения (если они по величине не превосходят первое) не вызывают дополнительного роста местных пластических деформаций, поэтому дальнейшая работа конструкции происходит упруго.

Особенности суммирования сварочных напряжений с напря­ жениями от внешних сил можно показать при рассмотрении про­ цесса нагружения сварного элемента, имеющего остаточные напряжения.

Для простоты рассмотрим пластину с продольным швом (рис.5.1). В результате процесса сварки в ней созданы уравновешенные остаточные напряжения, величина которых в районе шва дости­ гает предела текучести (рис. 5.1, б).

Если материал пластины будет достаточно пластичным — таким, например, как малоуглеродистая сталь, диаграмма растя­ жения которой имеет площадку текучести — то при растяжении пластины усилием Р напряжения в средней части ее поперечного сечения не будут расти. Материал здесь уже будет находиться в пластическом состоянии и не окажет сопротивления растяже­ нию. Сопротивление действию растягивающего усилия будет

случае P = 44 тс) вызовет в крайних частях элемента, находя­ щихся в упругом состоянии, напряжение, равное

Суммарное напряжение в этих участках с учетом и остаточных напряжений по эпюре на рис. 5.1, б будет равно

Ошш = —240 + 2200 = 1960 кгс/см2 (196 МПа).

Эпюра распределения напряжений для этого случая представ­ лена на рис. 5.1, в.

При разгрузке деформации элемента происходят упруго во всех его частях, поэтому при разгрузке и средняя часть будет оказывать сопротивление. В связи с этим уменьшение растягива­

ний (рис. 5.1, г), которые в этом случае будут равны для средней части ошах = 2400 — 2000 = 400 кгс/см2 (40 МПа); для крайних частей ат1п = 1960 — 2000 = —40 кгс/см2 (—4 МПа).

Таким образом, в результате нагрузки и разгрузки элемента, имеющего уравновешенные сварочные напряжения, начальные остаточные напряжения значительно уменьшаются. При этом чем больше прикладываемое внешнее усилие, тем в большей сте­ пени уменьшаются внутренние напряжения. И если величина внешнего усилия будет создавать в элементе напряжения, равные пределу текучести по всему сечению, то при разгрузке внутрен­ ние напряжения будут полностью сняты.

Так, для того же примера, нагружение внешним усилием Р —

Суммарное напряжение в крайних частях при этом будет

сгтш = —240 + 2640 = 2400 кгс/см2 (240 МПа).

В этом случае напряжения равны пределу текучести по всему сечению элемента, т. е. весь материал находится в пластическом состоянии и дальнейшего роста нагрузки допустить на элемент уже нельзя.