Конспект (часть 1) (Конспект лекций 4302)

Кафедра ТИ-3

«Информационное обеспечение технологии соединения материалов»

Конспект по дисциплине:

Проектирование сварных конструкций

по специальности 150202

МГУПИ 2012.

Материалы, применяемые в сварных конструкциях

Сталь — материал, наиболее широко применяемый в инженер­ных сооружениях. Углеродистые стали подразделяют на низкоугле­родистые (С = 0,09 / 0,25 %); среднеуглеродистые (С = 0,25 / 0,46 %) и высокоуглеродистые (С = 0,46 / 0,75 %). Низкоугле­родистые стали чаще применяют в строительных конструкциях, среднеуглеродистые — в машиностроительных, высокоуглероди­стые — в инструментальном производстве.

Углеродистые стали обыкновенного качества согласно ГОСТ 380—71 разделяются на три группы:

группа А—сталь поставляется по механическим свойствам;

группа Б — сталь поставляется по химическим свойствам;

группа В — сталь поставляется по механическим и химическим свойствам. Стали этой группы более дорогие "и применяются для ответственных конструкций.

Нормированный химический считав углеродистых сталей обык­новенного качества приведен в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Нормируемый химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380—71

В сталях содержатся добавки кремния и марганца, а также вредные примеси — сера и фосфор. Содержание серы и фосфора в стали ограничивают.

Сталь получают главным образом из смеси чугуна, выплавляе­мого в доменных печах, со стальным ломом. Сталь плавят в кон­верторах, мартеновских печах и электропечах. Хорошее качество конверторной стали обеспечивается продувкой кислородом. Наивыс­шие сорта сталей получают их переплавом: электрошлаковым, ва­куумным дуговым, электроннолучевым, плазменно-дуговым.

Плавка стали без достаточного количества раскислителей со­провождается выделением газов. Такая сталь называется кипящей (буквы «кп» в марке стали). Стали, раскисленные добавлением кремния и алюминия, остывают в изложницах без интенсивного вы­деления газов. Они называются спокойными (буквы «сп» в марке).

Промежуточные стали — полуспокойные — обозначаются буквами «пс». Спокойные и полуспокойные стали по механическим свой­ствам, как правило, различаются между собой незначительно. Спокойные стали обладают более стабильными свойствами, кипя­щие — менее однородны, более склонны к хрупким разрушениям. Производство спокойных сталей дороже, их обычно применяют в ответственных конструкциях.

Нормированные показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества приведены в табл. 1.2.

Диаграмма деформации низкоуглеродистых сталей (рис. 1.1) имеет горизонтальный участок, который определяет значение пре­дела текучести σ. Эта площадка текучести варьирует в пределах 0,2—2,5 %. Если на диаграмме деформации стали нет горизон­тального участка, σ определяется условно значением напряжения, при котором остаточные деформации после снятия нагрузки состав­ляют 0,2 %.

Деформации распределяются по длине образца неравномерно. Они концентрируются на некотором участке, где возникают наи­большие сокращения площади поперечного сечения, называемые «шейкой». Этим объясняются различные требования к относитель­ному удлинению 6 при разрыве длинных и коротких образцов.

Относительное удлинение δ5 коротких образцов имеет большие значения, чем относительное удлинение δ10 длинных образцов.

Нормируемые показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества по ГОСТ 380—71

Таблица 1.2

Примечания: 1. Для листовой и фасонной стали толщиной s > 20 мм значение предела текучести допускается на 10 МПа ниже по сравнению с указанным. 2. При s > 20 мм диаметр оправки увеличивается на толщину образца.

Пластичность сталей оценивают также испытанием на изгиб до образования первой трещины, как показано на рис. 1.2, а. Так, согласно ГОСТ 380—71 (табл. 1.2) трещины должны отсутствовать при изгибе до параллельности сторон (α = 180°). При изгибе до соприкосновения сторон (d = 0) догиб продолжают между парал­лельными плоскостями (рис. 1.2, б).

Марку Ст0 присваивают стали, отбракованной по каким-либо признакам. Эту сталь используют в неответственных конструкциях.

В ответственных конструкциях наиболее часто применяют сталь СтЗсп. Цифра в марке стали характеризует содержание в ней углерода. С повышением номера стали растут ее предел проч­ности и предел текучести и уменьшается относительное удлинение. С увеличением толщины металла значения σв , σт и δ несколько снижаются.

Сопротивление удару ан , называемое ударной вязкостью, опре­деляется путем ударного изгиба стандартных образцов на копре Шарпи при комнатных и низких температурах. Ударная вязкость ан выражается отношением работы разрушения к площади попереч­ного сечения образца (МДж/м2).

В табл. 1.3 приведены значения ан для распространенных ста­лей ВСтЗпс и ВСтЗсп по ГОСТ 380—71.

Ударная вязкость по ГОСТ 380—71 для листовой стали

Таблица 1.3

С увеличением толщины металла и с понижением температуры ударная вязкость аа уменьшается.

Термическое упрочнение — быстрое охлаждение нагретого об­разца из стали СтЗ в воде и отпуск — увеличивает σт на 25 %, σа —на 20 %, а также повышает сопротивляемость удару при низких температурах.

В промышленности наряду с применением стали получают рас­пространение цветные сплавы: в авиации, судостроении, строитель­стве. Сплавы на основе алюминия и титана обладают значительно меньшей плотностью по сравнению со сталями, хорошо сохраняют спои свойства при работе в условиях низких температур. С другой стороны, цветные сплавы имеют в несколько раз меньший, чем сталь, модуль упругости, что понижает устойчивость элементов конструк­ций, увеличивает их деформируемость.

По сравнению со сталями обыкновенного качества цветные сплавы обладают повышенной чувствительностью к концентраторам напряжений. Это повышает требования к качеству обработки изделий и особенно к качеству сварочных работ.

Механические свойства алюминиевых сплавов приведены и табл. 1.7.

Механические свойства алюминиевых сплавов

Таблица 1.7

Примечание. Для всех сплавов Е = 6,8 • 104 / 7,0 • 104 МПа; G = 2,6 • 101 / 2,7 • 104 МПа.