Местный нагрев пластины

В процессе воздействия термического цикла сварки сварное соединение нагревается неравномерно. Свободному термическому расширению более нагретых участков препятствует жесткость соседних менее нагретых участков, при этом все участки сварного соединения деформируются совместно.

Рассмотрим модель сварного соединения в виде пластины с двумя прорезями, расположенными для простоты анализа симметрично оси Средняя полоса площадью F₁ подвергается нагреву, соседние полосы площадью 0,5F₂ остаются ненагретыми, причем F₁ < F₂ .

При нагреве средней полосы не может свободно деформироваться из-за реакции крайних полос. В средней полосе появляются напряжения сжатия, в крайних – растяжения.

Если бы крайние пластины имели бесконечную жесткость, то в средней полосе упругие напряжения определялись бы аналогично ранее рассмотренному случаю жестко защемленного стержня. С учетом податливости крайних полос упругие термические напряжения во внутренней полосе определятся по формуле, выведенной с учетом равенства нулю внутренних усилий

,

При F₂ ® ¥ формула сводится к случаю жестко защемленного стержня.

Реактивные напряжения в крайних полосах равны

.

σs(Т)

О

σs, σТ

Т

На графике показана схема кинетики внутренних напряжений .

Характер изменения напряженного состояния в средней полосе качественно подобен случаю жестко защемленного стержня – по достижению термических напряжений предела текучести их рост определяется графиком зависимости σ_s(Т). Отличием является величина угла наклона прямых роста упругих напряжений и разгрузки при остывании, определяемого из соотношения

.

В случае несимметричного расположения прорезей расчетные формулы усложняются, т.к. в пластине появляется изгибающий момент.