Файл: Талыпов Г.Б. Сварочные деформации и напряжения.pdf

напряжений (сг0 на 11%), увеличение радиуса упруго-пластиче­ ской зоны Ь на 4% и, как показывает рис. 24, где нанесены соответ­ ствующие значения ег (кривая 2), приводит к увеличению радиаль­

со значениями, полученными без учета упрочнения и это сближение практически завершается вблизи внутренней границы наружной упругой области. Таким образом, учет упрочнения металла в кольце а г eg d не приводит к нужному сближению эксперименталь­ ных и теоретических значений ет вблизи внутренней границы наружной упругой области, и, следовательно, уточнение решения, полученного в предыдущем параграфе, должно быть проведено главным образом за счет учета пластических деформаций нагрева зоны, где в предельном состоянии нагрева Т ==£; Тк.

Учет пластических деформаций нагрева зоны,

Как было указано выше, второй причиной указанного расхо­ ждения между опытными и теоретическими значениями радиаль­ ной деформации должны являться неучтенные основной гипоте­ зой пластические деформации тех частей листа, которые в пре­ дельном состоянии нагрева находятся вне изотермы Т = Тк. Для точного учета этих пластических деформаций необходимо знать закон их изменения вне изотермы Тк. При подвижном источнике, создающем пространственное поле, этот закон неизвестен. Поэтому приходится искать пути их приближенного учета. Можно, напри­ мер, предложить следующие простые способы учета этих пласти­ ческих деформаций.

Первый способ. Для простоты можно принять, что пласти­ ческие деформации нагрева вдоль прямой, нормальной к оси шва и к изотермической поверхности Тк предельного состояния на­ грева, вне изотермы Тк изменяются по линейному закону, обра­ щаясь в нуль на некоторой изотермической поверхности Ту. Другими словами, если обозначим через Тк цилиндрическую по­ верхность, через Тк — огибающую изотермической поверхности, а через Ту — концентрическую с ней цилиндрическую поверх­ ность, на которой вдоль указанного перпендикуляра пластические деформации нагрева равны нулю, то принимается, что между по­ верхностями Тк и Ту пластические деформации изменяются по линейному закону. Этот способ учета пластических деформаций нагрева, где Т sg; Тк, удобен при применении первого метода. При применении второго метода можно использовать дальнейшее упрощение и принять, чґо все элементы, оказавшиеся внутри поверхности, являющейся средней между цилиндрическими по­ верхностями Тк и Ту, в предельном состоянии нагрева получат активную пластическую деформацию сжатия а (Тк — Т0) в тех

направлениях, в которых температурное расширение было не­ свободно. Это упрощение оправдывается тем, что при применяе­ мых на практике режимах сварки, особенно при больших скоро­ стях сварки (например, при автоматической), длина отрезка ука­ занной прямой между поверхностями Тк и Ту мала по сравнению с характерными размерами свариваемых изделий, которые обес­ печивают их жесткость [ 103 Ь В общем случае для нахождения изотермической поверхности Ту, на которой пластические дефор­ мации нагрева в предельном состоянии равны нулю, необходимо найти температурное поле предельного состояния нагрева для рассматриваемого случая (гл. 2) и решить соответствующую за­ дачу ^гермоупругости (гл. 3). Для простоты в первом приближе­ нии Ту можно найти из условия

Второй способ. Для простоты можно принять, что в предель­ ном состоянии нагрева активную пластическую деформацию сжа­ тия а (Тк — Тй) в направлениях, в которых температурное рас­ ширение было несвободно, получат все элементы, оказавшиеся внутри изотермической поверхности, определяющей границу из­ менения механических свойств основного металла. Этот способ учета пластических деформаций нагрева зоны, где Т <С Тк, можно использовать как при применении первого метода, так и при при­ менении второго метода.

Переходя теперь к нашей задаче с листом, отметим, что в этом случае в предельном состоянии нагрева будет существовать не­ которое кольцо а ^ г «с: с, где температура нагрева, будучи меньше Тк, всюду больше или равна (на г = с) тому ее значению, при котором появляются пластические деформации из-за несво­ бодное™ температурных деформаций нагрева.

Если известна температурная кривая Т (г) предельного со­ стояния нагрева, то решая соответствующую упруго-пластическую

Расчеты показывают, что это кольцо будет включать в себя кольцо а ^ г d зоны переходной структуры, где основной ме­ талл в результате нагрева и остывания получил структурные из­ менения и изменения механических свойств. Для учета пласти­ ческих деформаций кольца а <; г <; с можно использовать, напри*- мер, приближенный второй способ, т. е. принять, что круг г = d, включающий всю область, где в результате нагрева и последую­ щего остывания произошли структурные изменения и изменения

механических свойств металла, в предельном состоянии нагрева получил пластическую деформацию сжатия

В этом случае из уравнений (7.35) и (7.36), подставив d вместо а, получим:

ст0 = 4525 кГ/см2;

Ъ= 4,3 см,

т.е. а 0 остается неизменным, увеличивается лишь наружный радиус пластической зоны. По формулам (7.37) можно найти ра­

диальные деформации ег в отдельных зонах, соответствующие этим значениям о0 и Ь. На рис. 24 нанесена кривая ег (кривая 3), по­ лученная путем указанных расчетов. Непосредственно видно, что учет пластических деформаций нагрева, где в предельном состоя­

нии нагрева Т < Тк, правильно дополняет решение задачи, полу­ ченное на базе основной гипотезы — получается удовлетворитель­ ное совпадение теоретических и экспериментальных значений ра­ диальной деформации.

Результаты, приведенные в п. 30, 31, полностью подтверждают правомерность основной гипотезы. Они показывают, что прибли­ женные значения деформаций и напряжений, вызываемых после мощного сосредоточенного нагрева и последующего остывания, в том числе и приближенные значения сварочных деформаций и напряжений, определяются величиной а (Тк — Т0).

Для фактического определения приближенных значений свароч­ ных деформаций и напряжений можно использовать или аппарат температурной задачи, где закон распределения температуры охла­ ждения определяется законом распределения пластических де­ формаций нагрева (первый метод, п. 29), или же метод сшивания (второй метод, п. 29). Оба эти метода позволяют учесть изменение механических свойств основного металла зоны шва в результате сварки и остывания и в каждом конкретном случае дают один и тот же результат. В зависимости от теплофизических характе­ ристик основного и наплавленного металла, режима сварки и жесткости свариваемых элементов после сварки и остывания изде­ лие может оказаться или в упругом или в упруго-пластическом деформированном состоянии [20, 65]. Независимо от этого, даже в случае плоской задачи, определение приближенных значений сварочных деформаций и напряжений по существу сводится к макродислокационным задачам, более сложным, нежели дислокации Вольтерра [68].

Решения, полученные на базе основной гипотезы тем или дру­ гим из этих двух методов, могут быть уточнены путем учета пла­ стических деформаций нагрева тех частей изделия, которые в пре­ дельном состоянии нагрева находятся вне изотермы Тк. Для приближенного учета этих пластических деформаций нагрева реко-