Розрахункове визначення залишкових зварювальних деформацій.

1. Класифікація зварювальних деформацій.

Процес виготовлення зварних конструкцій супроводжується виникнення їх проектних розмірів і форм, яке називається зварювальними деформаціями.

Кількісна оцінка цих деформацій дозволяє на стадії проектування вносити зміни, що направленні на забезпечення заданої точності.

Нерівномірне нагрівання в процесі виготовлення зварювальних конструкцій приводить до тимчасових деформацій. Ці деформації є причиною залишком деформацій.

Основні види зміни геометрії зварної конструкції:

1. Деформації повздовжнього укорочення. Вони проявляються в зміні початкових розмірів зварювальних елементів в напрямку, паралельному повздовжній осі зварного шва.

2. Деформації поперечного укорочення. В цьому випадку відбувається зміна початкових розмірів зварювальних елементів в перпендикулярному до повздовжнього осі напрямку.

3. Кутові деформації. Ці деформації проявляються при повороті зварювальних листів на деякий кут відносно початкового положення.

4. Деформації втрати стійкості листових елементів конструкцій. Найчастіше зустрічаються при зварюванні тонкостінних елементів (до 3…4мм) і проявляються у вигляді значних переміщень із початкової поверхні листових (оболонкових) конструкцій.

5. Деформації згину зварювальних елементів, наприклад, повздовжній згин зварних таврових або двотаврових балок. 6.

6. Деформації скручування відносно повздовжній осі конструкції. Вони найчастіше проявляються в тонкостінних конструкціях балкового типу зі значною протяжністю повздовжніх швів. Деформації скручування викликаються взаємним зміщенням зварювальних країв.

2. Визначення усадної сили.

Пластичні деформації обумовлюють систему власних урівноважених напружень. Дію розподілених внутрішніх напружень при розв'язанні деформаційних задач заміняють статично еквівалентними зосередженими силами, які називають усадними.

̶ від повздовжніх пластичних деформацій укорочення ((рис. 1)

(1)

(2)

;

; ; ;

; (3).

̶̶ об'єм повздовжнього укорочення, обумовленого дією зварювальних напружень. Об'єм поздовжнього укорочення формально можна отримати за допомогою дії на пластину (розміри якої співпадають зі зварним з'єднанням) зосередженої сили. Цю силу для заданого визначаємо за Законом Гука:

, (3.а)

Підставивши в (3.а) замість (3), отримаємо:

(4)

За методом Трочуна ̶ має вигляд прямокутника:

(7)

Епюра деформацій для безмежної площини з безмежним швом з такого ж матеріалу (для базового НС) може бути встановлена, наприклад, експериментальним шляхом для досить великих зразків . Для широко застосовних в зварних конструкціях матеріалів отримано залежність:

. (5)

Підставляючи (5) в (1), отримуємо:

, (6)

Для безмежної площини із (6) випливає, що:

, (7)

де ̶ пружна деформація, ̶ реактивні напруження.

Для різних сталей і сплавів одержані емпіричні формули для обчислення в залежності від умов зварювання. Для маловуглецевих і низьколегованих сталей з границею текучості за дугового зварювання стикових і таврових з’єднань, а також з’єднань внапустку досить жорстких (з великою площею перерізу) елементів за один прохід значення виражене у ньютонах, може бути визначене за формулою:

де, q- ефективна потужність, Дж/с; ϑ3- швидкість зварювання, см/с; ― питома погонна енергія зварювання; - розрахункова товщина елемента, що зварюється, см; у стикових або кутових з’єднаннях пластин товщиною або у тавровому з’єднанні або з’єднанні внапустку. Ця формула дійсна у діапазоні ;

Однопрохідне дугове зварювання під флюсом у захисних газах.

,

, де і - від’ємні.

3. Деформації поперечного укорочення.

Поперечні деформації при зварюванні встик незакріплених (вільних) пластин ( ̶ вільна поперечна усадка) , що виникають в результаті вільної усадки площини зусилля не викликають (рис.2а).

Якщо зварювані пластини закріплені по повздовжніх краях (рис.2б), то в процесі охолодження виникають сили, які обумовлюють поперечні пластичні деформації видовження . Це видовження залежить від жорсткості закріплення і визначається експериментальним способом.

Таким чином, після звільнення зварювальних пластин від закріплень маємо:

̶ вільні, попер.д.ук. (8)

Реактивна сила в защіпленні:

(9), де .

Визначення усадних сил є розвʼязком термомеханічної задачі, що являється першим етапом розрахунку зварювальних деформацій. На другому етапі методами опору матеріалів або теорії пружності визначають деформації конструкції, використовуючи дані, отримані на першому етапі.

4. Деформації повздовжного укорочення від поздовжніх швів.

Ці деформації визначаються дією можна відобразити дією усадної сили , яка прикладена в центрі ваги зони

Поздовжні деформації укорочення будуть визначатись як результат розрахунку задачі про навантаження вільного від внутрішніх зусиль при зосередженою зовнішньою силою . Тоді за законом Гука:

;

де L ― довжина, F ― пластичний поперечний переріз.

Згідно з розрахунками методом Трочуна, повздовжне укорочення можна визначити через в реактивній зоні:

Це легко встановити. Якщо після зварювання із зварного з’єднання вирізати по границях , то ця частина з’єднання буде коротшою від останньої частини (реактивної) на величину

2. Для досить жорстких пластин:

― ефективна потужність, Дж/c; 𝜐 ― швидкість, см/с;

― стикові або кутові з'єднання;

― таврові з'єднання

Для переривчастих швів: