Конспект (часть 4) (Конспект лекций 4302)

Перемещения при сварке стыковых соединений

Сварка стыковых соединений — одна из наиболее часто встре­чающихся операций в сварочном производстве. Рассмотрим основ­ные виды перемещений в плоскости пластин.

, Усадочную силу для весьмажесткой полосы вычисляем по формуле (8.5). При этом

. _ находим по формуле (8.6), а в формуле для значе­ние где —толщина разрезаемого листа. При вычисле­нии фактически действующей силы _ показанной на рис. 8.12, б, необходимо учесть жесткость отрезаемой полосы как балочного элемента:

(8.12)

где — поелел текучести свариваемого или разрезаемого ме­талла; F — главные центральные моменты инерции и пло­щадь поперечного сечения полосы (или свариваемой балки); и — эксцентриситеты приложения усадочной силы относительно главных центральных осей поперечного сечения,

Точка приложения усадочной силы должна совпадать с центром тяжести эпюры остаточных пластических деформаций Так

как ширина зоны пластических деформаций при резке невелика, то с небольшой погрешностью, увеличивающей изгиб, силу при­кладывают к кромке посередине толщины листа. Отсюда а . Для рассматриваемой полосы

Определив силу можно вычислить продольное укорочение

и изгиб отрезанной полосы.

Продольное укорочение

(8.13)

Стрела прогиба

(8.14)

где _:— момент усадочной силы относительно центра

тяжести поперечного сечения.

Угловой поворот торцов относительно друг друга (8.15)

Допустим, что после отрезки полосы 1 производится отрезка полосы 2 (рис. 8.12, в). В широкой полосе после отрезки узкой полосы образовалась усадочная сила которая, заметим,

будет несколько меньше согласно формуле (8.12).

Эта усадочная сила во время резки полосы 2 будет создавать изги­бающий момент и сжатие полосы 2 в сеченииРастя­ гивающие напряжения от изгиба в зоне резки

) будут преобладать над напряжениями сжатия от силы Суммарное напряжение является растя-

гивающим и уменьшает остаточные пластические деформации и усадочную силу. После отрезки полосы на нее будут действовать не равные между собой силы (рис. 8.12, I. Обычно и по-

лоса будет больше искривлена от влия­ния первого реза, как показано на рис. 8.12, Если резка всех полос произво­дится сразу с помощью многорезакового автомата, то искривляются после резки лишь крайние полосы, так как у них только одна кромка подвергалась на­греву при резке. Все остальные полосы будут прямые.

Сварка стыкового соединения может производиться без прихваток как с за­ зором между пластинами, так" и. без него. Типичным примером сварки с зазором является электро­шлаковая сварка. В общем случае в процессе сварки пластин с зазором возникает одновременно несколько видов перемещений (р.ис-8.13).

1. Изгиб полос от неравномерного нагрева их по ширине. Рас­пределение температур Т по ширине пластины показано на рис. 8.13. Изгиб приводит к раскрыванию сварочного зазора.

2. Перемещения, вызываемые остыванием пластин в заварен­ной части шва. Сокращение зоны термического влияния в попереч­ном направлении (рис. 8.13) приводит к поступательному сбли­жению пластин ' а главное, к их повороту который вызы­вает закрывание зазора.

3. Перемещения, вызываемые изменением объема металла при его структурных превращениях в процессе сварки. Они могут как открывать, так и закрывать зазор при сварке.

Сочетание трех перечисленных выше видов перемещений может создавать самые разнообразные изменения зазора в процессе сварки.

А) к нарушению режима, т.к меняется Vсв

Б)изменению соотношения О.М. присадочного при формировании шва

В)чрезмерное открывание зазора приводит к вытеканию ванны из под формирующих ползунов

Г)закрывание зазора- к короткому замыканию мундштуков на изделие

Предотвратить поступательное сближение при электрошлаковой сварке закреплением пластин или их скреплением между собой практически невозможно из-за громадных сил усадки, возникаю­щих в свариваемых пластинах. Если на некоторой длине шва угловые перемещения устранены то для определения углового перемещения, возникшего на участке шва от до необходимо из при вычесть при

Структурные превращения типа сопровождаются уменьшением объема металла, а обратные — увеличением объема.'

В процессе сварки, на стадии нагрева металла, между изотермами и (рис. 8.15) в зоне шириной происходят структурные превращения Через некоторое время в той же зоне в интервале температур от до идет процесс В заштрихованной зоне объем металла увеличивается. Пока заштрихованная иона находится в начальной части шва — до середины заварен­ной части, ее расширение приводит к закрыванию сварочного зазора. Когда же заштрихованная зона становится ближе к месту сварки, чем к началу шва, пово­рот пластин от ее расширения будет от­крывать сварочный зазор.

В сталях с высокой „степенью легирования, у которых и низкие, а .велика, процесс закрывания зазора обыч­но "продолжается, пока длина шва не превышает 1,5 м. В низкоуглеродистых и низколегированных сталях, таких, как стали 20 или 20ГС, открывание зазора на­чинается при длине шва м.

Изменения зазора при электрошлако­вой сварке могут привести к нарушению режима сварки, так как при этом меня­ются скорость сварки и соотношение меж­ду основным и присадочным материалом при формировании шва.

В некоторых слу­чаях чрезмерное открывание зазора при­водит к вытеканию ванны из-под форми­ рующих ползунов, а закрывание — к короткому замыканию мундштуков на изделие.

Перемещения конструкций балочного типа

К конструкциям балочного типа относятся собственно балки, колонны и рамные конструкции, состоящие из отдельных балок.

Характерными особенностями сварных конструкций балочного типа являются их относительно большая длина по сравнению с вы­сотой и шириной, поясные швы вдоль всей длины, наличие попереч­ных швов* прикрепляющих ребра, диафрагмы и вспомогательные

Рис. 8.16. Сварная балка с продольными швами

элементы. Если в балках имеются несимметрично расположенные продольные и поперечные швы, то из-за большой длины балок в них возникают значительные прогибы.

После сварки продольного шва возникают

усадочная сила которая создает укорочение балки, вычисляемое по формуле (8.13), и момент от силы на плече относи­тельно центра тяжести сечения, который вызывает изгиб балки, вычисляемый по формуле (8.14). В качестве площади в фор­муле (8.13) берут суммарную площадь пояса и стенки, а в ка­честве — момент инерции площади тавра относительно оси /—/, проходящей через центр тяжести. Если к сваренному тавру при­соединяют еще один пояс швом // (рис. 8.16, в), то от него отдельно находят укорочение и изгиб. Площадью является вся площадь поперечного сечения двутавра, а момент инерции / находят отно­сительно оси 2—2 также для всей площади. Эксцентриситетом для усадочной силы шва // является плечо е₂. Прогибы от швов I и II в рассмотренном примере имеют разные знаки. При нахождении

Рис. 8.17. Двутавровая балка с поперечными швами

суммарного прогиба их следует вычитать. Если поперечное сече­ние симметрично относительно оси 2—2, то остаточный прогиб при изгибе от сварки двух швов у балки будет направлен кверху, т. е. шов / вызывает больший прогиб, чем шов //.

Если балка состоит из нескольких продольных элементов, ко­торые вначале собирают на прихватках, а затем сваривают, то при вычислении укорочений и прогибов прихваточные швы считают достаточно прочными и жесткими, чтобы обеспечить совместную работу всех элементов.

Поперечные швы, расположенные перпендикулярно продоль­ной оси балки, вызывают укорочение балки, а если они располо­жены не в центре тяжести ее поперечного сечения, то и ее изгиб.

Большие прогибы балок возникают, если имеется много попереч­ных швов и они расположены несимметрично по ширине элемента. На рис. 8.17, балка имеет ребра, приваренные к полке и стенке, толщина которых и может быть разной. Определение угла от двух приваренных ребер производится в этом случае суммиро­ванием углов, возникших от усадки полки и усадки стрнки Угол определяется от усадки полки на участке

Угол определяется от усадки стенки от швов с двух сторон, т. е., на участке плечо которого при определении статического момента от площади берется равным эксцентриси­тету е. Зная углы в каждом из

сечений, где расположено по два ребра, и расстояния между ребрами, можно с по­мощью построения на рис. 8.17, ж определить прогиб балки в средней точке. В рассматриваемом случае он равен

(8.25)

В балках может возникать различного рода закручивание про­дольной оси. На рис. 8.18, а показана крутильная форма потери устойчивости. Усадочная сила в крестообразной балке создает в периферийной части сечения сжатие, в результате чего листовые