механизм возникновения сварочных напряжений и деформаций

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет – УПИ имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» Д.В. Пономаренко, Г.М. Сюкасев МЕХАНИЗМ ВОЗНИКНОВЕНИЯ СВАРОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИЙ Учебное электронное текстовое издание Подготовлено кафедрой «Технология сварочного производства» Научный редактор: доц., канд. техн. наук А.М. Фивейский Конспект лекций по курсу «Проектирование сварных конструкций» предназначен для студентов всех форм обучения специальностей 150202 «Оборудование и технология сварочного производства». В конспекте лекций изложены теоретические сведения по формированию напряженно-деформированного состояния сварных соединений. Рассмотрено влияние на величину напряжений и деформаций основных факторов: местного нагрева, усадки и структурных превращений. Приведены методики расчета. Даны примеры решения типовых задач © ГОУ ВПО УГТУ−УПИ Екатеринбург 2009 СОДЕРЖАНИЕ ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ................................................................................... 3 ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 4 1. ОБРАЗОВАНИЕ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ ПРИ МЕСТНОМ НАГРЕВЕ МЕТАЛЛА ........................................................................... 6 1.1. Изменение механических свойств металла при нагреве ............................ 6 1.2. Нагрев стального стержня ............................................................................. 8 1.3. Местный нагрев пластины с прорезами ..................................................... 12 1.4. Образование сварочных напряжений и деформаций при местном нагреве металла ...................................................................................................... 19 2. УСАДКА МЕТАЛЛА КАК ПРИЧИНА ВОЗНИКНОВЕНИЯ УГЛОВОЙ ДЕФОРМАЦИИ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ ....................................................... 24 3. МЕХАНИЗМ ВОЗНИКНОВЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖДЕНИЙ, ВЫЗВАННЫХ СТРУКТУРНЫМИ ПРЕВРАЩЕНИЯМИ ................................... 27 4. ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ .......................................................................... 30 5. ЗАДАЧИ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОГО РЕШЕНИЯ ...................................... 37 БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...................................................................... 45 2 ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ α – коэффициент линейного расширения, 1 град . E – модуль упругости, Па. σm – предел текучести, Па. σt – активные напряжения, Па. σ2 – реактивные напряжения, Па. M – изгибающий момент, Н·м. P – внутренние усилия, Н. L – длина стержня, пластины, м. ∆L – укорочение (удлинение) стержня, пластины, м. δ – толщина пластины, м. F – площадь поперечного сечения, м2. f – прогиб, м. h – ширина пластины, м. a, b, c – ширина полос пластины с прорезами, м. J – момент инерции сечения пластины, м4. W – момент сопротивления пластины, м3. T – температура, ºC. φ – угол раскрытия кромок свариваемых пластин, радиан. β – угловая деформация, радиан. 3 ВВЕДЕНИЕ Неравномерный местный нагрев металла при сварке, изменение его объема вследствие температурного расширения и структурных превращений обусловливают появление сварочных напряжений и деформаций, кот