Расчетный анализ развития внутренних напряжений в сварных соединениях из теплоустойчивых сталей типа 15Х2НМФА

Рис. 2. Схема рабочего тела при расчете

сварочных напряжений

Следует также отметить, что

трещины при повторном нагре-

ве располагаются в большин-

стве случаев поперек сварного

шва, а подваликовые трещины

при многослойной сварке распо-

лагаются исключительно попе-

рек направления сварки [3]. Та-

кая ориентация трещин указы-

вает на существенное влияние

продольной компоненты оста-

точных сварочных напряжений на образование разрушения при по-

вторном нагреве.

Процесс развития внутренних напряжений в теплоустойчивых

сталях, претерпевающих фазовые превращения, представляет собой

сложное, необратимое явление, определяемое распределением как тер-

мической, так и фазовой дилатациями при неравновесных условиях

сварки.

Для оценки развития внутренних напряжений был применен рас-

четный метод, разработанный профессором Н.Н. Прохоровым и опро-

бованный в лаборатории “Технологическая прочность металлов при

сварке” МГТУ им. Н.Э. Баумана [4, 5]. Решение данной задачи выпол-

нялось для случая сварки пластин встык с учетом неоднородности

фазовых дилатаций в различных зонах сварного соединения. Расчет

проводился для продольных сварочных напряжений. Материал свари-

ваемых заготовок — теплоустойчивая сталь 15Х2НМФА.

Схема рабочего тела приведена на рис. 2. Видно, что пластины при

сварке находятся в свободном состоянии (внешние силы не приклады-

ваются).

На этапе нагрева под действием временных напряжений длина пла-

стины увеличивается, а на этапе охлаждения — уменьшается. В расчете

используется гипотеза плоских сечений: при сварке поперечное сече-

ние пластины остается плоским и перемещается плоскопараллельно.

Укорочение пластины после сварки определяется уровнем продольных

сжимающих остаточных напряжений на краях пластины.

В рассматриваемом рабочем теле возникает одномерное поле на-

пряжений и задача сводится к решению уравнения равновесия вну-

тренних напряжений, развивающихся в поперечном сечении. Посколь-

ку толщина пластин постоянна, то уравнение равновесия можно пред-

ставить в следующем виде:

= 0

(1)

132 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2015. № 4