Экспериментальное определение напряжений в сварных соединениях с полимерным покрытием

Величину и характер распределения усадочных напряжений определяем экспериментальным путем тензометрирования. Из сваренных автоматической аргонодуговой сваркой встык листов алюминиевого сплава 1420 толщиной 6 мм вырезали образцы размером 250×50 мм (сварной шов расположен вдоль оси симметрии образца). Поперек валика шва были наклеены две цепочки, содержащие по 13 малогабаритных двухкомпонентных тензодатчиков ТФРЦ-0/90. База тензодатчика — 1 мм, сопротивление до 70 Ом. Все датчики были индивидуально оттарированы по сопротивлению, а расстояние между ними определялось на микроскопе МБИ-1.

Одна из цепочек тензодатчиков использовалась непосредственно для определения величин усадочных деформаций, а по показания второй — осуществлялся метрологический контроль. Нагрузочное устройство представляет собой П-образную пресс-раму, в которой растяжением образца вдоль его длины (поперек шва) реализовалось плоское напряженное состояние.

Нагрузка тарировалась показаниями микрометра 5-тонного динамометра. Электроизмерительная схема для тензометрирования включала в себя цифровой тензометрический мост ЦГМ-3, автоматический переключатель датчиков АП-1 и магазин сопротивлений МСР.

Образец сначала тензометрировали без полимерного покрытия, а затем на его поверхность наносили слой полимерного покрытия и проводили повторное тензометрирование. В качестве полимерного покрытия применяли эпоксидный клей холодного отверждения ВК-9 и ВЛН-1. Тензометрирование проводили через 1, 2, 3, 5 и 7 сут. после нанесения клея. Результаты экспериментов иллюстрирует эпюра напряжений на поверхности образца, приведенная на рис. 9.8. Величина максимального усадочного напряжения в случае применения клея ВК-9 составляет до 14,7 МПа, а при использовании клея КЛН-1 —до 11,76 МПа.

Рис. 9.8. Экспериментальная эпюра напряжений в стыковом сварном соединении с клеевым покрытием (клей ВК-9).

На рис. 9.9 представлены результаты расчетов и экспериментов по определению концентрации напряжений в сварном шве. Кривая 1 (см. рис. 9.9) иллюстрирует экспериментальное распределение напряжений в стыковом соединении без покрытия. Значение коэффициента концентрации напряжений при этом достигает 1,29.

Рис. 9.9. Распределение нормальных напряжений на поверхности сварного образца:

1 — без полимерного покрытия (экспериментальные данные); 2 — с полимерным покрытием (экспериментальные данные); 3 — с полимерным покрытием (расчетные данные) С учетом предложенного Г. Нейбером [35] решения задачи о концентрации тела с симметричным выступом и результатов исследований [20] коэффициент концентрации напряжений для данного образца равен К_т = 1,38. Следовательно, результаты экспериментального и аналитического определения коэффициента концентраций напряжений весьма близки (К_э = 1,29 и К_т — 1,38).

Усадка полимерного покрытия при его отвердении создает на поверхности образца разгружающий эффект, в результате чего происходит значительное снижение концентрации напряжений. Экспериментально регистрируемое распределение напряжений на образце с полимерным покрытием представлено на кривой 2 (см. рис. 9.9). Значение коэффициента концентрации напряжений в этом случае уменьшается до 1,04. Кривая 3 представляет собой положение, рассчитанное с учетом данных раздела эффекта усадки полимерного покрытия на решение Г. Нейбера [35] для данного соединения. Кривые 2 и 3 близки в основании валика сварного шва в зоне концентраций напряжений и несколько отличаются в вершине валика шва. Эти отличия объясняются как приближенностью расчетной схемы при решении задачи об усадке полимерного покрытия, так и снижением точности измерения высоких градиентов деформации, имеющих место у вершины валика шва.