Остаточные сварочные напряжения и причины их возникновения. Температурный цикл сварки как источник возникновения остаточных напряжений, страница 9

Дальнейшее развитие метода определения остаточных напряжений применительно к брусам таврового сечения было предложено на основе метода Н. Н. Давиденкова Л. А. Гликманом и Д. И. Грековым [25]. Этот метод был -применен ими для исследования остаточных напряжений в сварных таврах с допущением, что остаточные сварочные напряжения имеют постоянную величину в направлении вдоль шва.

Сущность метода состоит в следующем. Обозначим (фиг. 9): fx — площадь снимаемого слоя; х — расстояние этого слоя от верхней кромки тавра; 1Х— рас- стояние слоя от линии центра тяжести, оставшегося после разрезки сечения; F — площадь оставшегося сечения; Jx— момент инерции оставшегося сечения и Wx — момент сопротивления оставшегося сечения. Удалим теперь слой }х, в котором действует остаточное напряжение ох.

Если это напряжение растягивающее, то удаление слоя fx равносильно добавлению к оставшейся части сечения растягивающей силы

и отрицательного  момента

Кроме того, удаление слоя L вызовет прогиб тавра, который можно  определить так:

где f—начальная стрела прогиба бруса;

df— изменение  стрелы   прогиба при удалении  слоя  определенной толщины;

Получив таким образом величину остаточного напряжения, действовавшего в снятом слое до его удаления, можно определить и те напряжения, которые вызовет удаление этого слоя в оставшейся части тавра. Как было сказано выше, это напряжение будет складываться из напряжения от продольной силы

и  от  изгибающего  момента

откуда, подставляя значения ах, в\ и о2 из предыдущих формул, получим

Напряжение, действующее в любом среднем сечении тавра (например в слое а), можно теперь найти следующим образом. Обозначим: аа — напряжение, действующее в слое неразрезанного тавра; ох — остаточное напряжение в том же слое после снятия в тавре всех нижележащих слоев; тогда

Подробное описание всех приведенных выше методов можно найти в работе Л. А. Гликмана [21].

Применение методов Н. В. Калакуцкого, Н. Н. Давиденкова, Г. Закса для определения остаточных напряжений в сварном соединении не всегда возможно, так как эти методы предполагают равномерное распределение остаточных напряжений по длине и толщине снимаемого слоя. Однако в некоторых случаях, когда можно с достаточной степенью точности допустить равномерность распределения этих напряжений на некоторых участках, возможно применение этих методов.

Так, в работах Г. 3. Зайцева [33], [34] по определению остаточных напряжений в сварных соединениях труб был с некоторыми допущениями применен метод Г. Закса [109], т.е. метод послойной расточки колец с последующим измерением их деформаций. Для этого образец разрезали на пять колец (фиг.10). Затем полученные кольца обтачивали по наружной поверхности до образования на них кольцевого пояска с минимальной эллипсностью. Следующую за этим расточку колец производили в специальных приспособлениях, исключающих деформирование кольца по радиусу при его закреплении и обработке (фиг. 11). Замер деформаций производили после снятия- слоя 2 мм  (на  сторону).

В тех случаях, когда нельзя допустить,   что остаточные сварочные напряжения равномерно распределены вдоль шва применяется следующий метод: на концы базы определенной длины наносят метки и при помощи компаратора производят точное измерение расстояния между ними, причем для достижения большей точности приходится выбирать большую базу, но это связано с усреднением напряжений на этом участке. На практике выбирают некоторую среднюю базу — наиболее оптимальную в данном случае с точки зрения точности эксперимента и допустимого усреднения напряжений. После этого из пластины вырезают темплет, содержащий измеренную базу, и опять производят замер последней. Если в результате измерения оказалось, что база увеличилась, значит до вырезки темплета в направлении базы действовали напряжения сжатия. Если база уменьшилась, значит до вырезки действовали напряжения растяжения. Обычно замеряют деформации в двух направлениях: