книги / Производство сварных конструкций (Изготовление в заводских условиях)

При сварке швов 1 и 2 происходит поперечная усадка, что приводит к растяжению раскоса и изгибу элементов рамы (фер­ мы). Охлаждение раскоса перед сваркой приводит к его укоро­ чению, что позволяет при последующем нагреве его до исход­ ной температуры компенсировать предполагаемые сварочные деформации.

Рассмотренные примеры показывают, что регулирование те­ плового вложения с целью уменьшение напряжений и деформа­ ций при сварке должно быть направлено на:

•уменьшение доли тепла, идущего на нагрев околошовной зоны;

•уменьшения градиента температур в зоне сварки;

•компенсацию деформаций усадки в зоне шва за счет це­ ленаправленного управления температурными деформациями участков конструкции, окружающих сварное соединение.

Компенсация сварочных деформаций на стадии сборки конструкции.

Если до сварки расчетным или экспериментальным путем определить величину предполагаемых сварочных деформаций, то для борьбы с остаточными сварочными деформациями на стадии изготовления сварной конструкции можно воспользо­ ваться одним из приемов показанных на рис. 3.38...3.41.

Рис 3.38. Сборка деталей сучетом предполагаемых деформа­ ций.

Сборка деталей с учетом предполагаемых деформаций (рис. 3.38 и рис. 3.39), а также метод упругого деформирования от­ дельных деталей или всей конструкции в обратную по отноше­ нию к ожидаемым сварочным деформациям направлении (рис. 3.40), относятся к приемам, относительно легко реализуемых на практике, и часто используемых при изготовлении сварных кон­ струкций.

ИЗ

возможно образование холодных трещин. При большем рас­ стоянии эффективность метода уменьшается, т.к. появляется возможность изгиба деталей между точками закрепления.

Рис. 3.4L Уменьшение сварочных деформаций за счетжестко­ го закрепления деталей при сварке.

Усилие, необходимое для жесткого закрепления, приближен­ но оценить по выражению:

1 ' W

где: а т - предел текучести материала; 5 - толщина детали.

Рациональнаяпоследовательность выполнения сварныхшвов.

В основе всех рекомендаций в отношении рациональной по­ следовательности выполнения сварных швов лежат два сообра­ жения:

для уменьшения остаточных деформаций необходимо стре­ миться к тому, чтобы деформации, возникающие при сварке по­ следующего шва, компенсировали деформации от предыдущих швов;

для уменьшения остаточных напряжений стремиться к тому, чтобы ранее выполненные швы не препятствовали свободному протеканию деформаций, возникающие при сварке последую­ щего шва.

Рассмотрим несколько примеров.

Сварные швы, смещенные по отношению к центру тяжести сечения, вызывают изгиб конструкции. Последовательность вы­ полнения швов, показанная на рис. 3.42, позволяет уменьшить деформации конструкции за счет взаимной компенсации дефор­ маций. Последующие швы должны вызывать изгиб в противо­ положном направлении по отношению к предыдущим. На рис.

115

3.42а,б последовательность швов указана номером шва. Это приведен простой пример и выбранная последовательность оче­ видна.

Последовательность сварки, рекомендуемая в примере на рис. 3.42в, менее очевидна, вместе с тем она основана на том же принципе взаимной компенсации деформаций. Дело в том, что при сварке швов небольшой протяженности проявляется нерав­ номерность поперечной усадки вдоль шва (поперечная усадка в начале шва меньше, чем в той его части, где термодеформаци­ онные условия стабилизировались). Неравномерность распреде­ ления поперечной усадки вдоль шва вызывает появление изгиба при сварке поперечных ребер балки. Для предотвращения этого рекомендуется сварку параллельных швов выполнять в проти­ воположном направлении (рис. 3.42в).

Рис. 3.42. Рекомендуемая последовательность выполнения швов для компенсации деформаций изгиба, вызванных продольным (а, б) и поперечным (в) сокращением швов.

Вариант 2

Рис. 3.43. Последовательность выполнения поясных швов при сварке балок с неодинаковыми поясами

Одинаковые по размеру швы вызывают неодинаковую вели­ чину деформации изгиба в зависимости от расположения их по

116

отношению к центру тяжести сечения конструкции. При назна­ чении порядка наложения швов необходимо принимать во вни­ мание этот фактор. На рис. 3.43 приведен пример выбора после­ довательности выполнения швов при сварке двутавровой балки с неодинаковыми сечениями поясных элементов.

При сборке и сварке путем последовательного наращивания конструкции первый вариант позволяет получить меньшие де­ формации изгиба, чем второй (fj < f2). При сварке стенки (2) и полки (3) по варианту 1 деформации изгиба меньше, чем при сварке стенки (2) и полки (1) по варианту 2, т.к. < е2. На по­ следующем этапе, когда происходит компенсация полученных ранее деформаций, при сварке швов (а) по варианту 1 изгибаю­ щий момент имеет большую величины, чем при сварке швов (б) по варианту 2 т.к. е3 > е4.

Возможен третий вариант - вначале производится сборка всей балки на прихватках, затем сварка. Этот вариант обеспечи­ вает наименьшие деформации изгиба, но при увеличении асим­ метрии сечения эффективность сборки и сварки по варианту 1 возрастает.

Общая рекомендация сводится к следующему: в конструкци­ ях с большой разницей сечений соединяемых деталей, первыми сваривают между собой детали, имеющие наибольшую площадь поперечного сечения.

На рис. 3.44 и 3.45 приведены примеры выбора последова­ тельности выполнения сварных швов, позволяющей уменьшить величину остаточных напряжений.

Хлопун

Рис. 3.44. Последовательность выполнения сварных швов при сварке полотнищ

117

При сварке конструкций, содержащих продольные и попе­ речные швы, например, листовых полотнищ, поперечные швы должны быть выполнены прежде, чем продольные.

2

Рис. 3.45. Рекомендуемая последовательность выполнения свар­ ных швов: 1 - 2 - 3 - 4.

Различие между продольной и поперечной усадкой состоит в том, что первая равномерно распределена вдоль всего шва, а вторая сосредоточена на ограниченном расстоянии около шва. В связи с этим при сварке полотнищ рекомендуется в первую оче­ редь выполнить сварку поперечных швов 1; 2; 3. В этом случае поперечная усадка протекает без препятствия со стороны ос­ тальных частей конструкции и в шве практически отсутствуют остаточные напряжения в этом направлении. Поперечная усадка швов 4 и 5 также протекает в свободном состоянии.

Если в первую очередь выполнить сварку швов 4 и 5, а затем 1; 2; 3, то поперечная усадка этих швов вызовет появление уса­ дочных сил (рис. 3.436) и остаточных напряжений растяжения в шве и сжатия на участке, примыкающем к шву со стороны со­ седнего листа. При сварке тонколистового металла в районе дей­ ствия напряжений сжатия может произойти потеря устойчиво­ сти и образуется хлопун. При сварке толстолистового металла в районе действия напряжений растяжения будут созданы условия для образования холодных трещин.

Близкая ситуация складывается в районе шва при сварке по­ перечных стыков балки (рис.3.45).

Для того чтобы обеспечить свободное протекание попереч­ ной усадки поясные швы на участке длиной 800... 1000 мм ос­ тавляют несваренными. В первую очередь производят сварку стыковых швов поясов балки 1 и 2, затем стыковой шов стенки

118

3. Швы 4 сваривают в последнюю очередь. Такая последова­ тельность позволяет не только снизить величину остаточных напряжении растяжений в швах 1 и 2, но также получить в них напряжения сжатия, что способствует некоторому улучшению работы швов при эксплуатации балки.

Общая рекомендация состоит в том, что с целью снижения остаточных напряжений в поперечных швах, выбранная после­ довательность сварки не должна ограничивать податливость со­ единяемых элементов.

Некоторому снижению остаточных напряжений способствует обратно-ступенчатый способ выполнения шва (рис.3.46).

Этот способ рекомендуется использовать при ручной дуговой сварке. Шов разбивают на участки длиной 200...250 мм (обычно длину участка выбирают так, чтобы на его сварку требовалось затратить один электрод). Сварку каждого участка выполняют в противоположном направлении по отношению к направлению сварки всего сварного соединения.

Сварка отдельных участков

Общее направление сварки

Рис. 3.46. Схема обратноступенчатого способа сварки

Методы, основанные на пластическом деформировании отдельныхучастков сварного соединения.

Основная причина появления остаточных напряжений заклю­ чается в том, что термодеформационные процессы при сварке со­ провождаются пластическим укорочением металла шва и оклошовной зоны. Очевидно, что пластическое удлинение металла этих зон позволяет изменить величину остаточных напряжений и, в некоторых случаях, устрани 11. остаточные деформации.

Существует много разнойи шостей метода снижения оста­ точных напряжений. Один из них, метод проковки металла шва

119