V Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2013

На рисунке 1 представлены изотермы температур пластин из углеродистой стали марки Ст3 толщиной 4 мм, сваренные встык без разделки кромок при оговоренных ранее режимах сварки. 

При сварке температурным (сварочным) деформациям наиболее подвержены тонкие детали (пластины). Известные графорасчтеные методы (Николаева и Геворкяна) не дают достоверной информации о самих сварочных перемещениях (изменении геометрии тел) отдельных, нагретых до разных температур и с разной скоростью объемов материала свариваемых заготовок, в данном случае представляется лишь приближенная картина распределения сварочных напряжений на стадии нагрева и полного охлаждения деталей путем построения эпюр сварочных напряжений с рядом существенных допущений: коэффициент теплопроводности материала принят неизменным; не учитывается напряженность в  отдельных объемах, нагретых до различных температур и имеющих при ней различные физико-механические свойства. Метод упругих деформаций также не дает полного понимания картины возникновения сварочных «короблений» конструкций. 

 На рисунке 2 представлена картина свариваемых пластин, разбитых на сектора равного объема V=4 мм3, каждому из которых соответствует одно или несколько состояний температурного нагрева.

Если учесть, что в начальном состоянии температура пластин одинакова по всему объему и равна комнатной, то все усилия, существующие внутри каждого элементарного объема, принятого при рассмотрении характера распределения внутренних напряжений, всегда уравновешены как в самом объеме, так и между сопряженными секторами, и направление действия этих усилий направлено по кратчайшему расстоянию от точки сосредоточения (равновесия каждого из объемов - центра масс) напряжений к точкам равновесия сопряженных участков (рисунок 3). 

Если предположить, что коробление свариваемых заготовок происходит в результате неуравновешенности напряжений, вызванных изменением объема в результате неравномерного нагрева заготовок, то геометрия коробления конструкции будет совпадать с направлением действия внутренних напряжений от центра масс каждого из секторов. На рисунке 4 представлены линии действия напряжений каждой из полосы, нагретых до различных температур, относительно друг друга. 

Линии построены для пяти полос, ограниченных плоскостями, находящихся друг от друга на расстоянии 24 мм, и имеющих один или несколько температурных интервалов (например для полосы «1» - Т=комнатной и Т=100°С; полоса «2» - Т = комнатной, Т = 100°С и Т = 350°С; и т. д.).

Вывод: Анализ сварочных деформаций по расчетной модели температурных полей при сварке тонких пластин встык из стали марки ст3 позволяет выявить направление действия внутренних напряжений и оценить изменение геометрии деталей. 

СПИСОК ИПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ:

1.      Н. Н. Рыкалин «Расчеты тепловых процессов при сварке», М. 1951, 290 с.

2.      В. А. Винокуров, А. Г. Григорьянц «Теория сварочных деформаций и напряжений», М. 1984, 280с.