Деформации поперечного укорочения

В поперечном к шву направлении, также как и в продольном, происходит пластическое деформирование сжатия металла на стадии нагрева и пластическое растяжение при остывании. Остаточные поперечные пластические деформации являются сжимающими и формируются в результате сложения эпюр пластических деформаций на стадиях нагрева и охлаждения с учетом их знака. На рис. 3.2, а и 3.2, б схематично в пределах ширины зоны поперечного пластического деформирования b_п, которая больше ширины шва b_ш, изображены эпюры и . Поперечная усадка или поперечное сближение пластин Δ _поп может быть определено путем интегрирования значений по ширине зоны b_п:

Рис. 3.2

Чем ближе к оси шва находится точка, тем меньше ее поперечное перемещение. За зоной b_п перемещения всех точек одинаковы и равны . Точки на оси шва никуда не перемещаются. Эпюра поперечных перемещений отдельных точек, расположенных на линии проведенной поперек шва, изображена на рис. 3.2, в.

На величину поперечной усадки существенное влияние оказывает наличие зазора между свариваемыми кромками или его отсутствие, так как при небольших и нулевых зазорах происходит упирание кромок друг в друга впереди сварочной ванны, что препятствует сближению пластин. Максимально возможное теоретическое перемещение одной кромки к оси шва при условии отсутствия теплоотдачи в окружающую среду можно определить по формуле:

,

где q - эффективная мощность, вводимая в обе кромки; v_св - скорость сварки; δ - толщина листа; α - коэффициент линейного расширения; сγ - объемная теплоемкость.

Реальные величины поперечного укорочения всего соединения изменяются в широких пределах в зависимости от вводимой при сварке энергии, способа сварки, зазора, условия закрепления пластин при сварке и определяются по приведенной выше зависимости с учетом эмпирического коэффициента A:

.

При электрошлаковой сварке А= 1, 6, а величина Δ _поп составляет 3 - 8 мм и более. При электродуговой сварке с полным проплавлением коэффициент А составляет 1, 0 - 1, 2 и, если соединяют пластины толщиной 3 - 5 мм, то Δ _поп обычно равно десятым долям миллиметра; при толщине металла 5 - 20 мм, Δ _поп =0, 5 - 1, 5 мм. Поперечная усадка в случаях неполного проплавления листа, например в нахлесточных и тавровых соединениях, также имеет большое практическое значение. Коэффициент А для случаев неполного проплавления можно найти в справочной литературе.

Экспериментально поперечная усадка определяется путем измерения баз, расположенных поперек шва с одной и с другой стороны пластины. Размер измеряемых баз для сталей должен быть больше ширины зоны, которая нагревалась до 150 °С. Величина Δ _поп находится как полусумма значений, полученных на лицевой и обратной сторонах.