Методика визначення кутових деформацій при зварюванні

Місцеві деформації обумовлені неоднаковими по товщині листа поперечними деформаціями і оцінюються у більшості випадків кутом β, що характеризує вихід листа зі своєї площини.

При розгляді місцевих напружень необхідно розрізняти два варіанти нагрівання:

- зона пластичних деформацій розповсюджується на всю товщину листа;

- зона пластичних деформацій розповсюджується на частину товщини листа.

Враховуючи нерівномірність нагрівання по товщині, температуру точок поверхонь листа можна записати у вигляді:

(9.1)

де Т(x,y)- температура у пластині від нагрівання лінійним джерелом тепла; m₀, m_δ- значення коефіцієнтів, враховуючі нагрівання поверхонь Z=0 і Z=δ.

Розглянемо, як і у випадку аналізу деформацій від поперечних швів, полоску пластини шириною dx виділену у перерізі, де зона знеміцнення має найбільшу ширину (ізотерма Т_*) (рисунок 9.1). Розглянемо, як і раніше, три області: зону знеміцнення 1, зону, де температура знижується до нормальної 2, зону, де практично немає підвищення температури 3.

Рисунок 9.1 – Виділення смужки Рисунок 9.2 – Схема розподілу

dx у перерізі пластичних деформацій

нерівномірне прогрівання по товщині приводить до неоднакових пластичних деформацій (рисунок 9.2а), які реалізуються у вигляді деформування у напрямку до середини шва (рисунок 9.2б ).

При цьому прямокутні елементи у зоні 1 перетворюються трапеції (рисунок 9.2б). Зона 3 не дозволяє у цей період переміщуватись краям смужки dх .

При зменшенні температури неоднакові по товщині пласти­ни пластичні деформації приводять до виправлення трапецієвидних елементів і у пластині розвиваються кутові деформації (рисунок 9.2в). Вирівнювання температури по ширині приводять до зменшен­ня довжини прямокутних елементів на величину ΔВ (рисунок 9.2г). Таким чином у пластині при нерівномірному прогріванні зникають кутові деформації і укорочення по ширині.

Наближену оцінку кутових деформацій можна провести. розглядаючи температурні деформації для волокон пластини при z=0 і z=d (рисунок 9.3). Використовуючи формули для поперечного укорочення, деформації на поверхнях плас­тини можна записати у вигляді:

(9.2)

Вважаючи, що зона знеміцнення обмежена по товщині пря­мими лініями, знайдемо кут b із наступного виразу:

. (9.3)

Рисунок 9.3 – Кутові деформації

Зі збільшенням q_п/d² - кут b, спочатку зростає, а потім зменшується. Це пов'язано з тим, що зменшення різниці (m`<sub>0</sub>-m`_d) з ростом q_п/d² відбувається швидше ніж збільшення цього параметра. (Зі збільшенням q_п/d² поперечні пластичні деформації збільшуються, однак нерівномірність їх по товщині зменшується у зв’язку з більш рівномірним прогрівом).

Величину кута b визначають з графіка на рисунку 9.4 [1] у залежності від швидкості зварювання і параметра q_п/d².

При зварюванні з’єднань з підготовленими кромками кутова деформація визначається у припущенні, що форма зони знеміцнення співпадає з формою підготовки кромок (рисунок 9.5). Тоді укорочення верхнього шару шва у поперечному напрямку:

,

а кут

.

У випадку, коли кут θ дорівнює 90°,

Рисунок 9.4 – Залежність коефіцієнта від параметра

При зварюванні таврового з’єднання (рисунок 9.6) кутова деформація створюється за рахунок неповного проплавлення полиці першим швом (кут β₁), скорочення металу зварного шва (кут ). неповного проплавлення полиці другим швом (кут β₂) і скорочення металу шва (кут )[5].

Рисунок 9.5 – Схема зварного з'єднання з підготовленими кромками

Загальна кутова деформація β:

(9.4)

де кути β₁ і β₂ визначаються за графіком рисунка 9.4. причому враховується тільки та частина погонної енергії, яка іде у полицю,

.

Рисунок 9.6 – Кутові деформації в тавровому з’єднанні

Кут β_σ наближено можна визначити за формулою:

де К- катет шва; δ_n- товщина полиці.