Алешин_Справочник_Сварка. Резка. Контроль_2004_1 том (Н.П. Алешин, Сварка. Резка. Контроль. Справочник, 2004), страница 16

При этом происходит взаимное смещение свариваемых кромак. Соединение смещенных кромак сваркой приводит к накоплению этих смещений, которое может оказаться значительным орн большой длине шва (см. рнс. 1.30, а). Смещение кромок в поперечном направлении возникает от двух основных причин: взаимного поворота сварнваемых деталей в плоскости ХОУ, вызванного поперечным расширением и сокращением металла в зоне шва; изгиба длинных н узких свариваемых пластин, вьпваиного нх неравномерным продольным расширением вблизи сварочного источника. В результате кромки могут разойтись илн сойтись настолько, чта продолжать сварку становится невозможно.

От расхождения крамок могут также появиться продольные трещины в остывающем шве. Смещение деталей вдоль аси шва Ь„связано с их неодинаковым удлинением при нагреве. Например, прн сварке тавровых соединений, даже при одинаковой толщине свариваемых пластин, удлинение стенки в -1,5 раза больше, так как полоса нагрева в полке расла. ложена в середине пластины, а в стенке — на краю. Это смешение обычно не препятствует сварке, но сказывается на остаточных перемещениях элементов конструкции, например может вьпвать закручивание балок коробчатого сечения (см. равд. 1зй5). Определение величины смешений Ь„и Л является весьма сложной задачей, которую рекомендуется решать экспериментально нлн с помощью компьютерных программ.

Д. Изгиб н укороченне балок от упадки продольных и поперечных швов (см. рис. 1.30, г). Продольный шов (рнс 1.35) создает упадочную силу Р, которая вызывает изгиб и укарочение балки. МаксиР,е1 мальный прогиб 7 =, угловой поворот 8Е1 Р е! концов О = ~ , продольное укорочение 8Е1 Р„,) Ь = ~ „где 1 — длина балки; Я вЂ” плошадь пя ее поперечнага сечении; 1 — момент инерции сечения относительно центральной осн. Глава!. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЪ| СВАРКИ а) Рис.

|Зб. Сварная балка тавреаога профиля вал лейетвием усалочиай силы, вызывающей ее имиб и укерочеиие От этой же оси отсчитывают зксцентриситет е силы Ру,. Для учета ограниченной жесткости балки вносят поправку )уьи Рус в значение Р,„, ншшенное по формуле (1.4.1) ((„, ! моменты инерции сечения относительно двух главных центральных осей; е е — зксцентриситеты приложения усадочной силы относительно тех же осей; Я вЂ” плошадь сечения; су,— предел текучести материала). Если знаменатель дроби в формуле < 0,5, то он принимаетса равным 0,5. Формула справедлива, когда площадь зоны пластических деформаций, равная - Рм I пв не превышает 25...30 % от всей площади поперечного сечения Р'.

При уклалке следующих продольных швов, например для присоединения еще одной полки к тавру с целью образования двутавра !! (см. рис. 1.35, а), прогибы и укорочения от каждого шва опрелеляют отдельно, находя новые эксцентриситеты е, моменты инерции сечения ! и площадь поперечного сечения балки Я, с учетом изменения сечения помере приварки новых деталей. Затем прогибы суммируют, принимая во внимание их знак. Если балка вначале собрана на прихватках, а затем сваривается швами, то при вычислении прогибов и укорочений предполагают, что прихваткн обеспечивают достаточно жесткую связь между элементами, и в расчет вводят моменты инерции и площадь всего окончательного по- перечного сечения, а также эксцентриситеты относительно центральных осей этого сечения.

Формулы пригодны также для расчета укорочения и изгиба длинных труб и обечаек при сварке продольных швов. При сварке коротких обечаек происходит изгиб не всей обечайки, а только образующих вблизи шва (см. рис. 1.30, е). Существуют формулы для определения той части сечения, которая работает на изгиб под действием усадочной силы (в зависимости от соотношения длины и диаметра обечайки). Поперечные швы, расположенные перпендикулярно к продольной оси балки и присоединяюшие к ней различные элементы, вызывают ее укорочение, а если они смещены относительно центра поперечного сечения балки, то и ее изгиб.

Для определения перемещений балки вначале необходимо определить усадку Л „в зоне уложенного шва по формуле (1.4.2) с учетом доли теплоты, внесенной в балку. На рис. 1.36, а показан простейший пример приварки полосы угловыми швами ! и 2. От шва ! усадку в направлении х — х испытывает верхний пояс, имеющий поперечное сечение площадью Ям Продольное укорочение балки от олного шва пропорционально доле площади пояса в плошади сечения балки: =Л 5„ Продольные укорочения балки от отдельных швов суммируются. Рис. 1Зб.

Схема изгиба сварной балки вследствие усялкн воперечиых швов СВАРОЧНЫЕ )1ЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ гр=Л„ о„е Для определения прогиба балки от поперечных швов необходимо найти угол поворота двух частей балки относительно друг друга от каждого шва в отдельности (рис. !.36, б) по формуле где гр — угол поворота, рад; е — эксцентриситет центра сечения полки относительно центра всего сечения балки; г' — центральный момент инерции всего сечения балки. На рис.

1.36, в показаны угол 1р~ от шва 1 и угол грз от шва 2. Зная углы и расстояния между швами, можно вычислить прогиб 2: Е. Скручивание балок. При сварке балок с тонкостенными открытыми профнлямн, таких как двутавровые, скручивание возникает вследствие неодновременной поперечной усадки углового шаа по его длине (см. рис. 1.37, а).

Например, шов ) на рнс. 1.37, а по мере его заварки н усадки закручивает верхний пояс, а шов 2 — нижний. Швы 3 и 4 не могут компенсировать перемещений ввиду жесткости швов ) и 2. Сборка на прнхватках или в кондукторах позволяет избежать закручивания данного вида. Возможна кругильная форма потери устойчивостю Например, крестообразная балка на рис. 1.37, б вследствие лействня упадочной силы и появления сжатия в листовых элементах закручивается в результате потери устойчивости.

Балки коробчатого профиля, собранные на прихватках (см. рис. 1.30, зк, и; 1.37, в), закручиваются после сварки за счет продольного смещения Л„при выполнении замыкающего продольного шва. Угол закручивания балки гле 5„— площадь сечения внутренней полости замкнутого профиля балки. Ж вЂ” И. Другие деформации сварных конструкций. Расчет более сложных видов перемещений, перечисленных в разд. 1.4.3, является весьма сложной задачей, которую рекомендуется решать с помощью компьютерных программ. Рне. 1.37.

Закручивание сварных балок 1А.З. УМЕНЬШЕНИЕ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ, НАПРЯЖЕНИЙ И ПЕРЕМЕШЕНИЙ 1. Рациональные конструирование. За счет выбора размеров и расположения сварных швов можно добиться существенного уменьшения коробления конструкции. Для этою следует назначать минимааьные, найденные из расчета на прочность катеты угловых швов; обеспечивать максимальную жесткость конструкции к моменту сварки швов; располагать швы симметрично лля взаимной компенсации перемещений от отдельных швов.

Некоторые из перечисленных приемов могут приводить к росту напряжений (сварка в жестком контуре) или снижать качество металла шва (сварка с минимальным катетом шва). В ряде случаев можно компенсировать перемещения при сварке путем корректировки размеров заготовок с учетом последующей усадки нли создания предварительных искажений формы деталей протйвоположного знака. В случае неизбежности перрмещений прн сварке в конструкции должен быть обеспечен доступ для послелующей правки (см. разд. 1.45, и. 3, 4). 2. Рациональная технологии сборки и сварки. Существенное уменьшение остаточных перемещений может быть достигнуто за счет: сборки в жестком приспособлении или на Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СВАРКИ 11 (.3 ь.

) ( !( 1( (1 11 1 1( .) ~ )( 1~ а) Рве. 1ЗЗ. Схема прокатки роликами: а — прокатка асей эанм пласгическик лм)ормаций поочередно: б — перекат средней части эоны плжтических деформаций; я — шов не прокатал; 1 — 5 — последовательные операции прокатки роликами прихватках перед началом сварки; рациональной последовательности наложения швов, а также выбора способа н режима сварки с минимальной погонной энергией. Прн многопроходной сварке погонная энергия существенно ниже, чем при однопроходной сварке такого же шва, а при контактной, лазерной н электроннолучевой — ннже, чем при дутовой.

Предварительный и сопугствующий подогревы прн сварке позволяют уменьшить пластические деформации и напряженна вследствие: — уменьшения разности температур между отдельными точкамн тела; — меньшего вложения теплоты при сварке; сннжения предела текучести металла; — изменения скорости охлаждения и характера структурных превращений.

3. Пластнческое деформнрввание ноеве сварки. Этот прием применяется в оснонном для правки конструкции. Чаше всего деформация осущестшлмтся эа счет сжатия шва и околошовной зоны в направленнн толшнны сваренных пластин. Прн этом уменьшаекя усадка шва, образовавшаяся после сяаркн. Одновременно снижаются продольные осгаточные напряжения в шве. Применяются различные способы деформнровання: прокатка роликами, проковка, абработка взрывом. Обработка может быль осуществлена как после полного осгывання, так и сразу после аварки (например, роликом, движущимся вслед за дугой, нлн сварочным электродом прн точечной контактной сварке).

Недостатком всех укаэанных методов является снижение пласгичности деформнруемой зоны. Сила, которую необходимо приложить к роликам для снижения до нуля остаточных растягнвающих напряжений, близких и пределу текучести, определяется по формуле гле Ь, г( — ширина и диаметр рабочей поверхности ролика; О„Е, э — предел текучести, модуль упругости н тошнила прокатываемого материала. В случае невозможности прокатать шов и околошовную зону за один проход ролика, прокатку осуществляют более узким роликом, начиная со шва, с переходом на околошовную зону (рнс. 1.38). Если шов нли часть околошоаной зоны недоступны для прокатки, то можно добиться устранения усадкн шва за счет увеличения силы прокатки доступной части. При этом в прокатанной части создаипся напряжения сжатия, а в непрокатанной сохраняются растягнвающие напряженна. Применяются также растяжение вдоль оси шва, изгиб (для балок) и другие схемы деформирования.