Конспект лекцій розроблено відповідно до робочої навчальної програми дисципліни напряму підготовки 6.050504 - "Зварювання". У конспекті лекцій узагальнено та систематизовано основні положення, стосовно деформаційно-силових процесів, які відбуваються в металі, при зварюванні конструкцій, методику їх розрахунку та експериментального визначення з наступним розробленням системи заходів, з метою забезпечення зниження негативного впливу зварювальних напружень та деформацій, подальшого їх усунення. Призначено для підготовки бакалаврів за напрямом 6.050504 - "Зварювання". Конспект лекцій може бути використаний студентами всіх форм навчання, слухачами інституту післядипломної освіти. Він також може бути корисний для інженерно-технічних працівників, які займаються питаннями проектування і виготовлення зварних конструкцій. ЗМІСТ ВСТУП . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 1 ОСНОВНІ ПОНЯТТЯ НАПРУЖЕНО-ДЕФОРМОВАНОГО СТАНУ СУЦІЛЬНОГО СЕРЕДОВИЩА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8 1.1 Поняття про внутрішні напруження та їх класифікація. 8 1.2 Види деформацій. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9 1.3 Напруження та деформації в стержні. . . . . . . . . . . . . . . . 10 1.4 Утворення напружень та деформацій при зварюванні . . 16 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . 15 2 ОСНОВНІ РОЗРАХУНКОВІ МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.1 Розрахунковий метод Ніколаєва. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 2.2 Розрахунковий метод Трочуна. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20 2.3 Розрахунково-аналітичний метод визначення залишкових зварюваних напружень. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28 3 КОНЦЕНТРАЦІЯ НАПРУЖЕНЬ, ПРИЧИНИ ВИНИКНЕННЯ КОНЦЕНТРАЦІЇ НАПРУЖЕНЬ В ЗОНІ ЗВАРНИХ З'ЄДНАНЬ. . . . . . . . . . . . . . . . . . .29 3.1 Напружений стан біля концентраторів напружень. . . . . . 29 3.2 Причини виникнення концентрації напружень в зварних конструкціях. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32 4 НАПРУЖЕНИЙ СТАН ПРИ ОДНОПРОХІДНОМУ ЗВАРЮВАННІ. 33 4.1 Розподіл напружень в стикових швах. . . . .. . . . . . . . . . . . 33 4.2 Розподіл напружень в лобових швах. . . . . . . . . . . . . . . . 36 4.3 Розподіл напружень в з'єднаннях з фланговими швами. 38 4.4 Розподіл напружень в комбінованих з'єднаннях. . . . . . 41 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 5 НАПРУЖЕННЯ ПРИ БАГАТОПРОХІДНОМУ, ЕЛЕКТРОШЛАКОВОМУ І КОНТАКТНОМУ ЗВАРЮВАННІ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44 5.1 Напруження при багатопрохідному зварюванні встик. . 44 5.2 Напруження при електрошлаковому зварюванні. . . . . . . 47 5.3 Розподіл зусиль в напусткових з'єднаннях, виконаних шовним зварюванням. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48 5.4 Розподіл зусиль в точкових з'єднаннях. . . . . . . . . . . . . . 49 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51 6 ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНИХ МЕТОДІВ ВИЗНАЧЕННЯ НАПРУЖЕНЬ…………………………………………………. 52 6.1 Класифікація та теоретичні положення експериментальних методів визначення напружень. . . . . . . 52 6.2 Підготовка вимірювальних баз. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53 6.3 Визначення деформацій. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55 7 ВИЗНАЧЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ ЗА ДОПОМОГОЮ РУЙНУЮЧИХ МЕТОДІВ . . . . . . . . . . . . 56 7.1 Вимірювання напружень з допомогою деформометра. 56 7.2 Деформометри з індикаторами годинникового типу. . . . 57 7.3 Деформометри з оптичними перетворювачами. . . . . . . . . 58 7.4 Деформометри з ємнісними перетворювачами. . . . . . . . . 59 7.5 Деформометри з індуктивним перетворювачами. . . . . . . 60 7.6 Електротензометрія. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61 7.7 Вимірювання напружень з допомогою дротяних тензометрів опору. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62 7.8 Вимірювання напружень з допомогою фольгових тензометрів опору. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 7.9 Вимірювання напружень з допомогою напівпровідникових тензометрів опору. . . . . . . . . . . . . . . . . . 65 7.10 Вимірювання напружень в глибині металу. . . . . . . . . . 66 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 8 НЕРУЙНІВНІ МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ НАПРУЖЕНЬ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 68 8.1 Магнітопружний метод визначення напружень. . . . . . . . 68 8.2 Поляризаційно - оптичний метод визначення напружень. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70 9 ДЕФОРМАЦІЇ ЗВАРНИХ КОНСТРУКЦІЙ. . . . . . . . . 71 9.1 Класифікація зварювальних деформацій. . . . . . . . . . . . . . 71 9.2 Визначення усадкової сили. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72 9.3 Деформації повздовжнього вкорочення від зварювання повздовжніх швів. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 9.4 Деформації поперечного вкорочення. . . . . . . . . . . . . . . . . 77 9.4.1 Зварювання з зазором. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 77 9.4.2 Зварювання без зазору. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 9.5 Деформації повздовжнього вкорочення при зварюванні повздовжніх і поперечних швів. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82 10 ДЕФОРМАЦІЇ ЗГИНУ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 10.1 Деформації згину при зварюванні встик. . . . . . . . . . . . 83 10.2 Деформації згину при зварюванні таврових з'єднань . . 87 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89 11 КУТОВІ ДЕФОРМАЦІЇ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 11.1 Кутові деформації при зварюванні стикових з'єднань. 90 11.2 Кутові деформації при зварюванні таврових з'єднань. 93 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94 12 ДЕФОРМАЦІЇ ТОНКОЛИСТОВИХ КОНСТРУКЦІЙ. ДЕФОРМАЦІЇ СКЛАДНИХ КОНСТРУКЦІЙ. . . . . . . . . . 95 12.1 Деформації втрати стійкості. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95 12.2 Деформації скручування. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 12.3 Особливості деформування складних конструкцій. . . . 99 12.3.1 Деформування конструкцій балочного типу. . . . . . . . 99 12.3.2 Деформації в оболонкових конструкціях. . . . . . . . . . . 100 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101 13 ВПЛИВ ЗАЛИШКОВИХ НАПРУЖЕНЬ І ДЕФОРМАЦІЙ НА ТЕХНОЛОГІЧНІ ПОКАЗНИКИ ЗВАРНИХ КОНСТРУКЦІЙ. ДИНАМІЧНА МІЦНІСТЬ ЗВАРНИХ КОНСТРУКЦІЙ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 13.1 Негативний вплив зварювальних напружень і деформацій на працездатність і технологічність зварних конструкцій. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 13.1.1 Вплив власних напружень на працездатність зварних виробів. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 102 13.1.2 Вплив деформацій, які виникають при зварюванні на працездатність і технологічність зварних конструкцій. . . . 103 13.2 Міцність зварних з'єднань при динамічних навантаженнях. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105 13.3 Вплив на втомну міцність технологічних дефектів. . . . 108 13.4 Втомна міцність різних видів зварних з'єднань. . . . . . . 109 13.5 Принципи проектування зварних конструкцій призначених для роботи при змінних навантаженнях. Шляхи підвищення втомної міцності. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 110 13.6 Розрахункова оцінка витривалості зварних з'єднань. . 112 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 113 14 МЕТОДИ ЗМЕНШЕННЯ І УСУНЕННЯ ЗАЛИШКОВИХ ЗВАРЮВАЛЬНИХ НАПРУЖЕНЬ ТА ДЕФОРМАЦІЙ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 14.1 Загальні принципи, що лежать в основі методів зменшення зварювальних напружень та деформацій. Класифікація методів зменшення залишкових напруженень та деформацій. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115 14.2 Методи попередження зварювальних деформацій. . . . . 116 14.2.1 Зварювання концентрованим джерелом нагрівання. . 116 14.2.2 Зварювання з тепловідведенням. . . . . . . . . . . . . . . . . . 116 14.2.3 Комплексна деформація при зварюванні. . . . . . . . . . 118 14.2.4 Застосування затискних пристосувань. . . . . . . . . . . . . 121 14.3 Механічні способи правлення конструкцій після зварювання. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122 14.3.1 Правлення зварних з'єднань з допомогою циліндричних роликів. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 123 14.3.2 Статичне навантаження зварних з'єднань розтягом. . 125 14.4 Термічні способи правлення конструкцій після зварювання. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127 Контрольні запитання . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 ПЕРЕЛІК ПОСИЛАНЬ НА ДЖЕРЕЛА. . . . . . . . . . . . . . . 129