Сварка в машиностроении.Том 3 (1041440), страница 73
Текст из файла (страница 73)
Величина где еу — удельная объемная теплоемкость свариваемой стали, Дж/(см' 'С). Формулы (22) и (23) получены в предположении трапециевидной формы зоны пластических деформаций и напряжений а = о, на участке нагрева выше 500'С. Величина Приращения площадей ЬРпл вычисляют по следующим формулам в зависимости от условий сварки и вида соединения: а) при двусторонней сварке тавровых соединений двумя одинаковыми однопроходными швами от укладки второго углового шва (рис.
18, а) где К вЂ” катет шва, см. Р и — площадь поперечного сечения второго углового шва, см', б) при трехпроходной односторонней сварке тавровых соединений от второго и третьего проходов совместно (рис. 18, б) пл 2 с+ а и+ шх» (26) в=3 где с( — увеличение катета шва на стенке после укладки второго валика; с(л— увеличение катета шва на полке после укладки третьего валика; Р— площадь поперечного сечения наплавленного металла от второго и третьего валиков; в) при двусторонней сварке тавровых соединений трехпроходными швами от пяти последующих валиков "л с+3 и+ ч с+ 5 и+ 6 и+ ш»'» 2 где д с различными индексами — увеличение катета шва на стенке или на полке в соответствии с нумерацией проходов на рис.
18, е; Р х — площадь поперечного сечения наплавленного металла от валиков со второго по пятый, смп; г) при трехпроходной сварке нахлесточного соединения приращение площади зоны пластических деформаций происходит в нижнем листе от третьего валика, а также за счет поперечного сечения второго и третьего валиков (рис.
18, г) гл а»»+ шх» (28) д) в угловых соединениях приращение площади зоны пластических деформаций происходит только за счет площадей поперечных сечений второго и третьего валиков (рис, 18, д): пл шк (29) е) при сварке соединений с малым выступом пояса (рис, 18, е), если зона пластических деформаций при сварке первого прохода полностью захватывает выступ пояса, то приращение площади зоны пластических деформаций происходит только от увеличения катета на стенке и площадей поперечных сечений швов: пл В с+ шх. (30) В случае многопроходной сварки угловыми швами при большем числе слоев приращение площади зоны пластических деформаций по сравнению с однопроходной вычисляется по формулам, аналогичным формулам (26) — (30), но с уч м большего числа слоев В других учаях можно воспользоваться экспериментальным методом определения усадочной силы, процедура которого освещена в конце настоящего пункта.
Швы могут быть прерывистые или в виде ряда сварных точек, дуговых или контактных. В этом случае усадочная сила по длине шва неравномерная и ее средняя эффективная величина Рус. лф=рус (31) 1пр где Р,, — усадочная сила в непрерывном сварном соединении; 1»»„ 1пп — соответственно длина участка шва и шага прерывистого шва (рис. 19, а), 364 Деформации, напряжения и перемещения при сварке Перемещения при сварке конструкций При шахматном расположении швов зона пластических деформаций представляет собой практически непрерывную зону (рис. 19, б), что не дает снижения величины усадочной силы, В этом отношении более рациональным является соединение, показанное на рис.
18, в. Приближенно усадочная сила от однорядного точечного соединения 6 Рус«в7520 8 г'во (32) где 6 — суммарная толщина свариваемого металла, см; о — шаг точек, см; гтхо — радиус зоны, нагревавшейся при сварке до 150'С, см; он может быть определен на основе тепловых расчетов или экспериментально. Рис. 19. Прерывистые угловые швы Усадочная сила возникает также при резке металла от нагрева кромки, Погонная энергия при газовой резке — (в Дж), приходящаяся на одну кромку ор и необходимая для определения усадочной силы для толщин 6 = 0,6 ч- 4 см: — =1760 (13,5 — 6) 6, (зз) рр где 6 — толщина металла, см; рр — скорость резки, см/с. Приведенные выше формулы для определения усадочных сил в различных случаях справедливы при сварке по ненапряжеиному металлу, Если укладку шва производят на металле, в котором в направлении шва имеются напряжения (сотбственные или от внешних нагрузок), то необходимо учитывать их влияние на убадбчную силу путем введения коэффициента и; Рус=п/ ус> (34) где и — коэффициент, зависящий от знака и величины начальных напряжений в металле оп,„; при растягивающих начальных напряжениях оп,ч ) О, и = апач = 1 — — "'"; при сжимающих напряжениях, если они находятся в пределах От — 0,5 от<апач<0 п=1— 2опач от Для углеродистых и легированных сталей с пределом текучести более 30 кгс/мм', а также для цветных металлов и их сплавов систематических данных о зависимости усадочной силы от режима сварки и жесткости изделия пока нет, Для конструкций из алюминиевого сплава АМг6 толщиной 5 — 12 мм могут быть рекомендованы следующие приближенные соотношения при однопроходной сварке: а) при сварке встык Рус — (1,4 —: 1,5) —; ч б) при сварке втавр Р , с:« (1,6 +.
1,7)— рс Величина усадочной силы может быть определена экспериментально путем разрезки металла зоны сварного соединения на полосы, расположенные вдоль оси шва. Для этого до сварки механическим деформометром измеряют базы, расположенные вдоль предполагаемого расположения шва. Число баз берут такое, чтобы захватить всю зону пластических деформаций, затем после сварки н полного остывания пластина должна быть разрезана на полосы аналогично тому, как это делают при определении одноосных остаточных напряжений (см.
рис. 8, б). По разности показаний деформометра в каждой полосе определяют остаточные пластические деформации еп, „, и площадь Р поперечного сечения каждой полосы с учетом металла, ушедшего в стружку; усадочная сила я Рус Е ~~Р, 'е»,. осттРМ (37) ! где /г — число полос. Поперечные перемещения и попереч- 7 ная усадка. При движении источника тепла по краю пластины или при сварке пластин встык с зазором (рис. 20) металл нагревается и расширяется. Возникает пе- Рнс.
20. Схемы образования попе. ремещение а точек кромки пластины в речной усадки при однопроходной направлении оси оу (внутрь зазора), стыковой сварке характер которого показан на рис. 20 кривой. В зоне источника тепла перемещение достигает максимума о ,„, а затем при последующем остывании пластины точки кромки постепенно перемещаются в обратном направлении. В случае сварки такой отход точек возможен за счет пластической деформации только на участке 0А, пока металл натрет до высокой температуры.
Далее возникает прочная связь, которая фиксирует сближение кромок Ь„о„, равное 2р . Возникающие при этом собственные поперечные напряжения ое создают силы, вызывающие закрывание сварочного зазора и поворот свариваемых пластин относительно друг друга в плоскости (см. стр. 372). При сварке пластин без зазора или при укладке валика на поверхность пластины сближение точек и образование поперечной усадки происходит в области высоких температур при достижении пластического состояния или расплавления металла. При этом поперечная усадка стпоп оказывается несколько меньше вследствие невозможности поперечных перемещений в зоне впереди источника тепла.
Поперечную усадку удобно определять по следующей формуле: о>поп « >х у су рс6 ' (з8) где А — эмпирический коэффициент, зависящий от способа и условий сварки. При электрошлаковой сварке с зазором А ж 1,6. При электродуговойсварке встык с полным проплавлением А ~ 1 + 1,2; в некоторых случаях А может быть меньше 1 н больше 1,2, Коэффициент А при полном проплавлении относительно слабо зависит от способа сварки и рода свариваемого металла. Поперечную усадку при полном проплавлении можно определять для сталей, алюминиевых, магни- Перемещения при сварке конструкций 366 26п 26„+6„ /7' (39) Рис. 21. Зависимость коэффициента А от режима и способа сварки: / — 3 — соответственно под флюсом при Ч/ос.
Равном 57 500, 22 000 и 10 500 Дж/см; 4 —  — в среде СОа при в/пс, Равном !4 300, 11 100 и 8800 Дж/см г В йт 24 л а /В аДи/гааз гас а) Рис. 22. Схема для определения средней поперечной усадки Л „,„.,р при приварке листа к поясу, сваренному со стенкой: а — тавровое сечение; б — коробчатое сечение; в — распределение поперечной усадкн по ширине пояса Н ~ 46 300 ) 46 ЗОО 57 500 57 ЬОО 0,06 + О 203 . !О- Ч '! 00 Уп Под флюсом, на переменном токе 0,15 + 0,272 . ! 0-а В 1,00 ~ З! 200 ) 31 200 10 500 — 22 000 0,15 + 0,2/2 .
10-а а/ уп — О,!2+ 0,585 ° 10 ' с, уп 1,оо < 8 400 8 400 — 19 300 ) 19 300 14 300 0,15+ 0,272 ° 10-а с уп 0,02 + 0,585 ° 10 — а д ПОО ° С 3 780 3 780 !6 7ЬО ) !6750 В среде угленнслого газа - 11 100 О,!5+ 0,272 ° 10-а С уп 0,12+0,585. 10-а,7' 1,00 У" С 1 260 1 260 — !5!00 ) 15 100 8 800 деформации, напря7кения и перемещения при сварке евых, титановых и других сплавов по формуле (38) при А = 1,0 —: 1,2.
Поперечная усадка в случае электродуговой однопроходной сварки встык металла толщиной до 3 — 6 мм составляет обычно десятые доли миллиметра, металла толщиной 16 — 20 мм — около 1 — 1,6 мм, а при электрошлаковой сварке — 3 — 8 мм и более.
В случае неполного проплавления листов, например при приварке к ним других элементов внахлестку или втавр угловыми швами, поперечная усадка оказывается при прочих равных условиях меньше, чем при полном проплавлепии, а коэффициент А в формуле (38) начинает сильно зависеть от формы проплавлени я и способа сварки. На рис. 21 показан коэффициент А для различных случаев в 3. Формулы для определения коэффициента А в зависимости от условий сварки зависимости от УДельной погонной энеРгии !/у„= — пРи сваРке на пластинах рс6 из стали Ст3 толщиной от 4 до 60 мм.
Величины коэффициентов А представлены в табл. 3. При определении Лион по формуле (38) и выборе коэффициента А по табл. 3 эффективная мощность д означает тепловую мощность, вводимую в пластину, для которой находят поперечную усадку. Лля приближенного расчета поперечной усадки Лпо„ в пластинах тавровых или нахлесточных соединений мощность, вводимая в полку, где в — полная эффективная мощность источника теплоты; 6 и 6 — толщины пояса и ребра соответственно.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
