Рассмотрим перемещение кромок при сварке пластин встык с зазором (Рис. 9.7). Металл при нагреве расширяется не только в направлении Ох, но и в перпендикулярном направлении Оу. Характер перемещения края пластины, по кромке которой движется источник тепла, показан кривой v на Рис. 9.7, а. При подходе источника тепла (точка О) кромка интенсивно перемещается (участок CBD), достигая максимального перемещения vMAX в точке О. Затем по мере остывания металла край пластины постепенно возвращается в исходное положение. Чем больше теплоотдача в воздух, тем интенсивнее перемещение кромки. Если свариваются две пластины с зазором (Рис. 9.7, б), то кромка каждой из пластин испытывает поперечное перемещение v. В момент сваривания перемещения достигают максимальной величины vMAX. а взаимное приближение кромок составляет 2 vMAX .
|
Рис. 9.7 Схема образования поперечной усадки при однопроходной сварке встык |
На участке ОА металл обладает небольшим сопротивлением пластической деформации, в результате чего он испытывает удлинение 2(VMAX -VA). В точке A пластическое удлинение металла прекращается и таким образом фиксируется взаимное сближение кромок, равное 2VA. В процессе остывания пластины подтягиваются друг к другу и возникает поперечная усадка ΔПОП=2VA. В пластинах, которые свариваются без зазора, перемещение кромок впереди источника тепла не может осуществляться беспрепятственно. До некоторой точки В (Рис. 9.7, а) происходит упругая деформация; а от точки В до точки D — пластическая. Поперечная усадка оказывается меньше, чем при сварке с зазором.
Максимально возможное перемещение кромок при отсутствии теплоотдачи в воздух
( 9.3)
где q – эффективная мощность источника нагрева, вводимая в обе кромки (в каждую вводится q/2);
s — толщина пластины;
v — скорость сварки;
α — коэффициент линейного расширения;
сρ – объемная теплоемкость.
Фактически величина поперечного укорочения, как было объяснено выше, меньше теоретически возможного. При электродуговой однопроходной сварке металла встык толщиной до 12—16 мм поперечное укорочение равно
( 9.4)
а иногда и меньше.
Формулой ( 9.4) можно пользоваться также для приближенного определения поперечного укорочения, когда шов укладывается на целую пластину без полного провара, например при сварке внахлестку или втавр. Определение эффективной тепловой мощности qП вводимой в лист толщиной sП, к которому приваривается лист толщиной sP производится по формуле:
( 9.5)
Распределение остаточных напряжений в основных типах сварных соединений исследовано экспериментально и теоретически довольно широко. Продольные остаточные напряжения в сварных соединениях, выполненных внахлестку, угловых и втавр, как по величине, так и по распределению в основном аналогичны напряжениям в стыковых соединениях, т. е максимальные их значения в конструкциях из низкоуглеродистых и аустенитных сталей близки к σТ. Помимо продольных, в сварных однопроходных соединениях возникают также и поперечные остаточные напряжения.