Графорасчетные методы

Для определения продольных деформаций и напряжений при наплавке валика на кромку полосы и при сварке узких пластин встык используется графорасчетный метод, разработанный Г. А. Николаевым и Н. О. Окербломом. При этом принимается:

- гипотеза плоских сечений, устанавливающая, что попереч­ные сечения пластин в процессе сварки не искривляются;

- гипотеза одноосных напряжений, согласно которой в сва­риваемых пластинах возникают лишь напряжения s_х (вдоль оси шва);

- схематизация свойств материала в виде диаграммы иде­ального упругопластического тела с постоянным значением s_т до Т = 773 К с последующим линейным изменением его до s_т = 0 при Т = 873 К,

- остальные теплофизические и меха­нические свойства считают постоянными.

В этом методе решения рассматривается квазистационарное температурное состояние в пластине (пластина переходит мгновенно из холодного состояния в максимально нагретое состояние). Деформации и напряжения на стадии нагрева определяют в поперечном сечении пластины, где зона разогрева до 600°С имеет максимальную ширину.

Напряжения и пластические деформации укорочения в этом се­чении определяютсяиз условия равновесия внутренних сил, вы­полняемого в результате графических построений.

Анало­гичные построения выполняют для сечения пластины в зоне полно­го остывания, в результате чего определяют остаточные напря­жения и деформации.

По результатам расчетов, выполненных для низкоуглеро­дистых сталей, остаточные продольные напряжения s_хост в шве и околошовной зоне равны пределу текучести металла, что удов­летворительно согласуется с многочисленными эксперименталь­ными данными.

Для каждого сечения выполняют графические построения, аналогичные рассмотренным выше, с последовательным учетом накапливаемых пластических деформаций. Это позволяет более точно определять напряжения в процессе сварки, а остаточные напряжения в шве и околошовной зоне также оказываются равными пределу текучести металла.

Однако осуществлять вруч­ную графорасчетные построения для ряда сечений трудно, и поэтому метод Н. О. Окерблома нашел практическое применение лишь в последние годы при численной реализации его на ЭВМ.

Результаты расчетов удовлетворительно совпадают с экспериментальными данными, полученными на уз­ких пластинах из низкоуглеродистой стали. Узкими пластинами в данном случае следует считать такие, при сварке которых шири­на зоны пластических деформаций меньше ширины пласти­ны в 3...4 раза, т. е. понятие ширины пластины при сварке связано непосредственно с шириной зоны нагрева и соответствен­но с шириной зоны пластических деформаций.

Графорасчетные методы можно использовать для определения остаточных продольных напряжений при сварке низкоугле­родистой, а также аустенитной коррозионно-стойкой стали. По результатам экспериментов значения остаточных напряжений в шве и околошовной зоне для этих материалов близки к пределу текучести, т. е. к расчетному значению.

Для титановых, алюминиевых, магниевых сплавов графорас­четные методы Г. А. Николаева и Н. О. Окерблома не рекомен­дуется применять, так как остаточные напряжения в шве по экс­периментальным данным получаются меньше предела текучести.

При сварке реальных конструктивных элементов (в отличие от наплавки валика на кромку полосы и сварки встык узких пластин) существует, как правило, сложное напряженное состояние, для которого нельзя применять графорасчетные методы.

В этом случае следует применять методы, основанные на использовании теории упру­гости и пластичности.

МЕТОДЫ, ИСПОЛЬЗУЮЩИЕ АППАРАТ ТЕОРИИ УПРУГОСТИ И ПЛАСТИЧНОСТИ

Для решения задач по определению напряжений, возникаю­щих в теле при неравномерном распределении температур, ис­пользуется математический аппарат теории упругости.

Однако сварочный процесс связан с изменением температуры в значительных пределах и, как следствие, с пластическими деформациями.

Поэтому очень редко в сварке встречаются случаи, когда теория упругости может быть применена для количественного анализа сварочных напря­жений.

Но теория упругости может успешно применяться в сварочных задачах, так как: решение температурной задачи теории упругости в компо­нентах деформаций и перемещений пригодно для практических целей, и в теории сварочных деформаций ряд решений успешно используется, как первый этап решения упругопластической задачи.

Более точные количественные соотношения при решении задач о сварочных деформациях и напряжениях могут быть получены лишь при помощи теории пластичности в условиях переменных температур.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………