Файл: Сагалевич, В. М. Методы устранения сварочных деформаций и напряжений.pdf

Проанализируем характер изменения остаточных напряжений от кругового шва с изменением его диа­ метра, для чего определим остаточные напряжения при вварке фланца в пластину на следующем примере.

Фланец из АМгб вваривают в пластину на режиме

/=160 А, U =\2 В, исп = 4,2 мм/с.

Рис. 74. Зависимость остаточных напря­ жений от диаметра кругового шва

Толщина пластины и фланца 6 = 2,5 мм. Удельная погонная энергия для данного режима будет

стичности при нагреве b « 3 0 мм. Приняв для вваривае­

Б изменяется сравнительно мало с увеличением диамет­ ра кругового шва. То же можно сказать относительно

■158

= 480 мм пластическая область в пластине А исчезает. При дальнейшем увеличении диаметра шва пластина А находится в упругом состоянии, а ога= —сца-

При малых диаметрах круговых швов и радиаль­ ные а,- и тангенциальные at напряжения в зоне соеди­ нения достигают значения от материала. В прямолиней­ ных стыковых соединениях величина максимальных продольных напряжений составляет 0,5—0,7 ат. На уве­ личении значений остаточных напряжений при круговом шве сказывается влияние жесткости сварного соедине­ ния при двухосном напряженном состоянии. Указанные особенности хорошо подтверждаются экспериментом.

Для режима сварки пластины из СтЗ: /=110 А, Ѵ=

ных видно, что картина остаточных радиальных напря­ жений довольно близко с достаточной для практики точностью (в области максимальных величин аг откло­ нение 15%) описывается приведенной системой уравне­ ний, а разница в изменении тангенциальных напряже­ ний объясняется допущением в расчетной схеме, предусматривающим нарушение непрерывности на гра­ нице «сшивания» /у С точки зрения разработки расчет­ ных методов для тех или иных технологических приемов снижения или устранения деформаций, перемещений и напряжений в пластине (также в оболочке) первосте­ пенный интерес представляет поле остаточных радиаль­ ных напряжений. При этом максимальная величина остаточного напряжения определяет вероятность потери

159-

6r, dt

устойчивости пластины, если эта величина превосходит некоторое критическое радиальное напряжение [6 ]:

откуда

(56)

где /' — внутренний диаметр кольцевой пластины. Величина критической растягивающей нагрузки не

зависит от условий закрепления краев. Если величина

форму равновесия с двумя узловыми диаметрами. При весьма больших диаметрах шва возможно появление большего числа узловых диаметров (3; 4 и т. п.). Для примера, приведенного на рис. 75 имеем:

для стали

для АМгб

В обоих случаях остаточные напряжения оказались выше критических, что привело к потере устойчивости пластин с двумя узловыми диаметрами.

КРУГОВЫЕ ШВЫ В СФЕРИЧЕСКИХ ОБОЛОЧКАХ

Отличие характера деформаций и перемещений, воз­ никающих в сферической оболочке при сварке кругово­ го шва, от деформаций и перемещений пластины с та­ ким же швом состоит в том, что усадка шва в продоль­ ном (тангенциальном) и поперечном (радиальном) на­ правлениях приводит к перемещению поверхности обо­ лочки (прогибу на выпуклых поверхностях). Перемеще­ ния поверхности в направлении радиуса в зоне шва мо­ гут достигать значительной величины (в тонкостенных оболочках толщиной до 1 2 мм из алюминиевых и маг-

ииевых сплавов перемещения в отдельных случаях со­ ставляют 10—15 мм). Для разработки методов устра­ нения остаточных перемещении от сварки необходимо знать закономерности их образования (величины про­ гибов, характер распределения).

В первом приближении задача о перемещениях по­ верхности оболочки, возникающих при сварке кругово­ го шва, может быть представлена в виде трех отдель­ ных этапов: а) перемещения от поперечного укорочения

случая сварки кругового шва в пластине существенное значение при определении этих параметров играет тех­ нология сборки (наличие прижимов и т. д.) под сварку. Технология сборки фланца со сферической оболочкой предусматривает в большинстве случаев прижим по­ следней по линии, коаксиальной стыку, на некотором расстоянии от него. Очевидно, что такая сборка может рассматриваться без учета теплоотдачи в прижим, и величины Дп и 2 b могут быть выбраны в соответствии

срис. 72 для данной удельной погонной энергии. Пользуясь известными выражениями теории оболо­

чек, нетрудно получить решения этапов задачи а, б и в. Применение линейной теории вполне возможно н не приводит к существенным погрешностям, причем как в случае точного решения, так и с использованием при­ ближенных решений краевых задач.

В решениях используют зависимости для краевых задач, предусматривающие осесимметричную дефор­ мацию сферической оболочки. Выбор такой схемы для подобных задач не является существенным ограниче­ нием, так как краевые нагрузки (в данном случае внутренние усилия от сварки) локализуются в зоне от­ верстия (или сварного соединения) и быстро затухают

162