т-т и деформации, которые обусловливаются температурной кривой е-е, вызывает пропорциональную {о-гЕ) эпюру внутренних напряжений (рис. V.3, б,в).

При температуре выше 600° С сталь становится пластичной, неспособной к сопротивлению, поэтому эпюра внутренних напряжений доходит только до линии с этой температурой. Общая деформация листа при наплавке щва на кромку показана на рис. V.3, а пунктиром.

При остывании наплавленного металла кривая температур е-е падает и выравнивается, так как нагретый край остывает значительно быстрее. В быстро остывающих крайних волокнах, укорачиванию которых препятствуют соседние, более холодные и жесткие, возникают растягивающие напряжения.

По мере остывания в листе возникают остаточные внутренние сварочные напряжения, эпюра которых приведена на рис. V.3, (3, а лист получает выгиб, обратный тому, который был при нагреве (рис. V.3,г). Так как внешней нагрузки к листу не приложено, то все эпюры внутренних напряжений самоуравновешены. Форма остаточной эпюры внутренних напряжений зависит от ширины полосы и зоны пластических деформаций при нагреве (см. рис. V.3, (9).

При сварке двух полос стыковым швом за один проход (рис. V.4, а) эпюра остаточных продольных напряжений Оу как бы складывается из двух эпюр, полученных при наплавке шва на кромку листа. Ввиду того что сварной шов соединяет оба листа по прямой линии, создается препятствие их выгибу и возникает эпюра поперечных сварочных напряжений Ох. Для уменьшения поперечных сварочных напряжений может быть применен обратноступенчатый способ сварки (рис. V.4,б), при котором шов накладывается отдельными участками, причем направление сварки на каждом участке обратно общему направлению наложения шва.

Особенно большие и опасные сварочные напряжения возникают при сварке встык деталей, закрепленных от свободных перемещений в направлении стыка (рис. V.5). При разогреве в начале сварки детали свободно удлиняются и сближаются между собой. После наложения шва они соединяются в сближенном состоянии. При остывании шов и детали стремятся сократиться, однако концы их закреплены и ввиду этого в деталях возникают большие растягивающие напряжения, способные разорвать изделие.

В угловых швах также возникают поперечные сварочные напряжения, так как жесткость соединяемых элементов препятствует свободному сокращению шва при остывании. Внутренняя часть шва остывает медленнее, ее сокращению препятствует остывшая наружная часть, и поэтому она растянута (рис. V.6, а). Величина поперечных сварочных напряжений угловых швов резко уменьшается при миогослойиой свйрке (рис. V,6, б).

Рис. V.6. Сварочные напряжения в угловом шве

а - однослойная сварка; б - многослойная сварка

Рис. V.5. Сварочные напряжения при стесненной деформации

Рис. V.4. Эпюры сварочных напряжений при соединении встык (а) и уменьшении сварочных напряжений обратно-ступенчатой сваркой (б)

б) 58»,н

Рис. V.7. Деформация элементов при сварке

Остаточные сварочные напряжения вызывают продольную и поперечную усадку швов Усадка швов происходит всегда «на себя» (к центру шва). Наиболее неблагоприятна поперечная усадка, величина которой примерно в 10 раз больше продольной. Остаточные деформации при сварке показаны на рис, V.7. При сварке встык односторонним швом листов или полос поперечная усадка шва вызывает искривление изделия. Этого можно избежать, расположив листы перед сваркой под углом

(рис. V.7, а). На рис. V.7,6 показана деформация от угловых швов при соединении внахлестку. Здесь между швами лист изгибается, в результате может произойти усадка шва. Если расстояние между швами будет меньше пяти толщин наиболее тонкого элемента, то податливость листов между швами становится настолько малой, что в шве может образоваться трещина.

Полки сварных двутавров при усадке швов деформируются (рис. V.7,в). «Грибовидиость» полок устраняется правкой после сварки или предварительным выгибом. Несимметричные сварные швы приводят к короблению всего элемента (рис. МЛ, г).

Остаточные напряжения сварной конструкции складываются с напряжениями от внешней нагрузки. Сварочные напряжений в настоящее время расчетом не учитывают. Основанием для этого служат пластические свойства металла: напряжения при достижении предела текучести От не увеличиваются и происходит их выравнивание.

Конструктивными мероприятиями необходимо обеспечить минимум сварочных напряжений и деформаций, а также факторов, способствующих увеличению хрупкости сварного соединения (резкие искривления силовых потоков, концентраторы напряжений), препятствующих пластической работе стали.

§ 17. РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

/. РАСЧЕТ СТЫКОВЫХ СВАРНЫХ ШВОВ

При сварке встык сварной шов заменяет основной металл элемента в месте соединения. Поэтому сварные швы встык рассчитывают по тем же формулам, что и основное сечение, только напряжения сравнивают не с расчетным сопротивлением основного металла R, а с расчетными сопротивлениями сварных швов R". Значения расчетных сопротивлений сварных швов для стальных конструкций приведены в табл. V.3. Чтобы сечение в месте соединения не было ослаблено, шов должен быть полным и качественным без подрезов и непроваров, с полной заваркой концов. В случае односторонней сварки необходимо производить подварку корня шва или варить па подкладке (рис, V.8).

При действии осевой силы (рис. V.9, а) напряжение в прямом стыковом шве проверяют по формуле

Л Л

ш ш о

Чтобы сделать стыковой шов при меньших расчетных сопротивлениях сварного шва растяжению равиоиромным основному