Глава 7. Собственные напряжения при сварке

СОБСТВЕННЫЕ НАПРЯЖЕНИЯ ПРИ СВАРКЕ

Основные понятия

В теории сварочных деформаций и напряжений принято использовать расположение осей координат, показанное на рис. 7.1. Ось О х направлена вдоль шва, О у — поперек шва в плоскости пластины, О z— поперек шва в направлении толщины. Соответственно различают напряжения (σx, σy, σz, τxy, τyz, τzx, деформации εx, εy, εz, γxy, γyz, γzx и перемещения точек тела и — по оси О х, υ — по оси О у, w— по оси О z.

Расширение и сокращение металла от неравномерного нагрева или охлаждения, а также от структурных превращений образуют так называемые собственные, или внутренние деформации и напряжения при сварке. В отличие от напряжений и деформаций, создаваемых нагрузками, собственные напряжения и деформации существуют в теле при отсутствии каких-либо нагрузок.

Собственные напряжения — это такие напряжения, которые существуют, в теле при отсутствии приложенных к нему поверхностных или объемных (инерционных, гравитационных) сил.

Чтобы более ясно понимать причины образования собственных напряжений, рассмотрим различные виды деформаций металла.

1. Температурные деформации εα вызваны изменением размера частиц тела при изменении температуры. К температурным деформациям условно относят также деформации, возникающие в процессе структурных превращений:

где а—средний коэффициент линейного расширения в интервале изменения температуры от 0 до Т, включающий в себя и влияние структурных превращений, °С^-1; Т — изменение температуры в какой-либо точке тела, °С.

Сдвиговые температурные деформации γα в изотропных телах не возникают.

2. Наблюдаемые деформации εн, и γн характеризуют изменения размеров тела — линейных и угловых, которые можно зарегистрировзть измерительными приборами. В теории упругости и пластичности их называют деформациями, не присваивая им никакого индекса.

3. Собственные (внутренние) деформации состоят из упругих

εупр, γупр и пластических εпл, γпл.

Указанные виды деформаций связаны между собой следующими соотношениями:

Если до процесса нагрева или охлаждения в точке тела возникли начальные пластические деформации ε0пл и γ0пл вызванные предшествующими деформациями, то формулы (7.2) и (7.3) примут следующий вид:

где Δεпл и Δγпл — приращения пластических деформаций на стадии рассматриваемого процесса.

Собственные напряжения классифицируются по различным признакам. По причине, их вызвавшей, они делятся на напряжения от упругого или пластического механического деформирования при сборке, монтаже и правке; от упругих и пластических деформаций из-за неравномерного нагрева деталей; от неравномерного изменения объема тела при фазовых превращениях. По времени

существования они могут быть временными, существующими в период выполнения технологической операции или протекания физического процесса, и остаточными, устойчиво сохраняющимися в течение длительного периода. Собственные напряжения бывают одноосными (линейными), двухосными (плоскостными) и трехосными (объемными). В зависимости от о б ъ е м а, в пределах которого напряжения взаимно уравновешены, они называются напряжениями первого рода (макрообъем), второго рода (зерно) и третьего рода (кристаллическая решетка).

Дата добавления: 2015-07-08