Распределение напряжений в стыковых швах

В стыковых соединениях с обработанными гладкими поверх­ностями швов, не имеющих внутренних дефектов — непроваров, трещин, пор, шлаковых включений, напряжения от продольной силы распределяются по поперечному сечению соединяемых эле­ментов равномерно и определяются по формуле

σ = P/(l·s). (6.3)

Когда поверхность имеет форму, показанную на рис. 6.3 а, распределение напряжений по сечению становится неравномерным. На рис.6.3 б показано распределение напряжений встыковом соединении при 2V= 13 мм и Δs=3 мм (рис. 6.3 а). Зоны шва, сопрягаемые с основным металлом, испытывают концентрацию напряжений. Средние напряжения на оси шва несколько меньше напряжений в основном металле вне соединения (рис.6.3 б). Концентрация напряжений образуется также в корне шва при его непроваре. Величина коэффициента концентрации, определяемая формой шва составляет величину α_σ= 1,5 – 1,6 (рис.6.3 б).

Рис. 6.3. Распределение напряжений в стыковом шве: а- геометрия сварного шва; б – уровни напряжений в различных зонах стыкового соединения

Вторым источником концентрации может служить сме­щение одного элемента относительно другого (рис. 6.4 а, б), а также в результате местных деформаций, вызванных неравномерным сокращением шва.

Рис. 6.4. Депланация (а) и изгиб стыкового шва (б)

Влияние концентраторов на прочность не учитывается при статических загружениях, но является весьма существенным при действии динамиче­ских нагрузок.

Концентрация напряжений, возникающих в зоне пор, имеет пространственный характер. Как показывают тео­ретические расчеты, коэффициенты концентрации напряже­ний возле сферических пор в 1,5 раза меньше концент­рации в зоне цилиндрических отверстий того же радиуса и положения относительно поверхности.

Стыковые швы при всех видах сварки - дуговой, кон­тактной, электронно-лучевой - являются оптимальными в отношении концентрации напряжений. При доброкачест­венном технологическом процессе, отсутствии пор, непроваров, включений, смещении кромок, при доведении до минимума остаточных местных сварочных деформаций и, наконец, что особенно важно, при рациональном очер­тании швов, их плавных сопряжениях с основным металлом результирующий коэффициент концентрации напряжений может быть сведен до значений, близких к единице. В дру­гих типах соединений такой результат получить практи­чески невозможно.