Міністерство освіти і науки України

Національний технічний університет України

«Київський політехнічний інститут»

І. М. Чертов

ЗВАРНІ КОНСТРУКЦІЇ

Підручник

Затверджено Міністерством освіти і науки України

ЯК підручник для студентів напряму «Зварювання»

вищих навчальних закладів

dp******

КИЇВ 2006

ЗМІСТ

Від автора 6

Передмова 7

1. БАЗОВІ ПОНЯТТЯ

1. Опір матеріалів руйнуванню 10

2. Характеристика навантаження 10 •

3. Механічні напруження 11

4. Деформації 13

5. Напружено-деформований стан 14 •

6. Геометричні характеристики плоских перерізів 15

7. Граничний стан 17

8. Умови міцності 25

9. Основні залежності для визначення напружень 27

1.10. Тестові завдання 31

2. ЗВАРНІ З'ЄДНАННЯ

2.1. Матеріали для зварних конструкцій 38

1. Сталі для зварних конструкцій 39

2. Алюмінієві сплави 46

3. Титанові сплави 48

4. Пластичні маси 50

5. Композиційні матеріали 52

6. Вибір матеріалу для зварних конструкцій 53

2.2. Зварні з'єднання і шви 54

1. Типи зварних з'єднань 54

2. Зварні шви 57

3. Умовне зображення та позначення зварних швів

і з'єднань 59

2.3. Неоднорідності зварних з'єднань 64

1. Механічна неоднорідність зварних з'єднань ,...64

2. Конструктивна неоднорідність 67

3. Неоднорідність залишкового напруженого стану 76

4. Технологічні дефекти 79

2.4. Заходи впливу на неоднорідності зварних з'єднань 82

2.4.1. Регулювання температурного стану 82

2. Управління металургійними процесами і процесами кристалізації у розплаві зварювальної ванни 85

3. Заходи впливу на фізичні процеси в металі

у твердому стані 89

4. Зменшення інтенсивності напруженого стану 93

5. Дефекти техніки зварювання і конструктивна неоднорідність 114

5. Загальні вимоги до зварних з'єднань 114

6. Лабораторні роботи по розділу 117

2.6.1. Визначення механічних неоднорідностей

у зварних з'єднаннях 117

2.6.2. Оцінка напружень у моделях стикових

зварних з'єднань методом фотопружності 118

2.6.3. Оцінка напружень у моделях таврових

зварних з'єднань методом фотопружності 125

2.6.4. Оцінка напружень у моделях точкових

зварних з'єднань методом фотопружності 128

3. Проектування зварних з'єднань при статичному навантаженні

1. Принципи розрахунку зварних з'єднань при статичному навантаженні 133

2. Робочі і з'єднувальні шви 138

3. Проектування зварних з'єднань зі стиковими швами 139

4. Проектування зварних з'єднань з кутовими швами 146

5. Проектування зварних з'єднань при контактному

зварюванні 163

6. Проектування зварних з'єднань деталей різного профілю 170

7. Розрахункова графічна робота з розділу , 173

4. Проектування зварних з'єднань при циклічному навантаженні

1. Основні характеристики циклічного навантаження 184

2. Втома металів 186

3. Опір металів циклічному навантаженню 188

4. Опір малоцикловому руйнуванню 189

5. Опір багатоцикловому руйнуванню 193

6. Вплив деяких факторів на опір втомі зварних з'єднань 193

7. Розрахункова оцінка опору втомі .....200

8. Заходи підвищення опору втомі зварних з'єднань 203

5. ЗВАРНІ З'ЄДНАННЯ В ОСОБЛИВИХ УМОВАХ НАВАНТАЖЕННЯ

1. Холодостійкість зварних з'єднань 208

2. Жароміцність зварних з'єднань 212

3. Корозійна стійкість і міцність зварних з'єднань 216

6. Проектування типових зварних конструкцій

1. Загальні принципи проектування 223

2. Класифікація зварних конструкцій 224

3. Проектування зварних балок 226

1. Приклад проектування зварної балки 244

2. Завдання на самостійну роботу 256

6.4. Проектування зварних колон 258

1. Проектування центральностиснутого стояка колон 259

2. Проектування ексцентрично стиснутого стояка колон 274

3. Оголовки колон 276

4. Бази колон 277

5. Приклади проектування зварних колон 281

6. Завдання на самостійну роботу 303

6.5. Проектування зварних ферм 304

1. Загальна характеристика ферм 304

2. Проектування зварної ферми 306

3. Приклад проектування зварної ферми 326

4. Завдання на самостійну роботу 338

6.6. Листові конструкції 33Q

1. Загальна характеристика листових конструкцій 3£9

2. Теорія розрахунку тонких оболонок обертання 341

3. Днища і кришки оболонкових конструкцій 345

4. Вузли сполучення елементів оболонок 347

5. Резервуари для рідини 348

6. Газгольдери і сферичні резервуари 357

7. Труби і трубопроводи 359

8. Завдання для самостійної роботи.... 362

Додатки 363

Літерату

ВІД АВТОРА

Входження національної системи освіти в європейський простір -Болонський процес вимагає реалізації низки заходів для переходу на кредитно-модульну систему організації навчального процесу, яка в свою чергу потребує наявності відповідної навчально-методичної літератури.

Зварні конструкції є об'єктом багаторічних наукових досліджень, що призвело до накопичення значного матеріалу в цій галузі. Результати цих досліджень в основному опубліковані в спеціальній літературі - від періодичної до монографій, що не завжди є зручним для навчального процесу. Навчальна література з цієї тематики досить обмежена.

Основною метою автора при підготовці цього підручника був відбір з різних джерел сучасного матеріалу, його систематизація та узагальнення згідно вимог навчальної літератури, а також розташування змісту адапто­ваного до кредитно-модульної системи організації навчального процесу.

Автор дякує викладачам кафедри зварювального виробництва НТУУ «КПІ» проф. Прохоренку В. М., проф. Сливінському А. М., доцентам Кар-пенко А. С, Корінець І. П., ст. викладачам Коперсаку В. М., Охай Ю. І. за постійну увагу і цінні поради при підготовці рукопису цієї роботи. Необ­хідно відмітити кропітку і велику роботу по редагуванню початкового тексту підручника старшого інженера Гришу І. М.

ПЕРЕДМОВА

Входження національної системи освіти в європейський простір -Болонський процес вимагає реалізації низки заходів для переходу на кредитно-модульну систему організації навчального процесу, яка в свою чергу потребує наявності відповідної навчально-методичної літератури.

Зварні конструкції є об'єктом багаторічних наукових досліджень, що призвело до накопичення значного матеріалу в цій галузі. Результати цих досліджень в основному опубліковані в спеціальній літературі - від періодичної до монографій, що не завжди є зручним для навчального процесу. Навчальна література з цієї тематики досить обмежена.

Основною метою автора при підготовці цього підручника був відбір з різних джерел сучасного матеріалу, його систематизація та узагальнення згідно вимог навчальної літератури, а також розташування змісту адапто­ваного до кредитно-модульної системи організації навчального процесу.

Автор дякує викладачам кафедри зварювального виробництва НТУУ «КПІ» проф. Прохоренку В. М., проф. Сливінському А. М., доцентам Кар-пенко А. С, Корінець І. П., ст. викладачам Коперсаку В. М., Охай Ю. І. за постійну увагу і цінні поради при підготовці рукопису цієї роботи. Необ­хідно відмітити кропітку і велику роботу по редагуванню початкового тексту підручника старшого інженера Гришу І. М.

Дисципліна «Зварні конструкції» входить до спеціальної професійної підготовки з напряму 0923 «Зварювання».

Вона забезпечує спеціальну підготовку, яка полягає в рішенні типових задач проектно-конструкторської діяльності фахівця.

Після вивчення дисципліни студент повинен

знати:

• номенклатуру і властивості матеріалів для зварних конструкцій;

• причини формування і види неоднорідності зварних з'єднань;

• вплив неоднорідності на працездатність зварних з'єднань;

• заходи впливу на неоднорідність зварних з'єднань;

• характер напружено-деформованого стану зварних з'єднань;

• існуючі методики розрахунку на міцність;

• методику розрахунку зварних з'єднань різного типу при статичному навантаженні;

• методику розрахунку зварних з'єднань різного типу при змінному на­вантаженні;

• методику проектування типових зварних конструкцій (балки, колони, ферми, резервуари);

вміти:

• вибирати матеріал для зварної конструкції в залежності від призна­чення і умов експлуатації;

• призначати тип зварного шва і з'єднання згідно ДСТУ в залежності від конструктивних форм і розмірів елементів конструкції;

• складати розрахункові схеми зварного з'єднання, використовуючи аналіз реального навантаження;

• визначати внутрішні зусилля, які діють у зварному з'єднанні в зале­жності від схеми його навантаження;

• вибирати значення граничних напружень або розрахункового опору матеріалу для зварного з'єднання, використовуючи відомості про матеріал, умови експлуатації та технологію виготовлення;

• складати умову міцності для зварного з'єднання, використовуючи розрахункову схему та діючи внутрішні зусилля;

• проводити розрахунки на міцність зварних з'єднань при дії статичного навантаження;

• проводити розрахунки на міцність зварних з'єднань при дії змінного навантаження;

• спроектувати зварне з'єднання згідно ДСТУ, використовуючи дані розрахунків на міцність;

-спроектувати типову зварну конструкцію (балку, колону, ферму, резе­рвуар). Для досягнення необхідної компетенції (теоретичних, практичних і експериментальних знань та вмінь) рекомендується навчальне наван­таження студента з цієї дисципліни в обсязі 3,5 європейського (36 го­дин) кредита. Програма дисципліни «Зварні конструкції» передбачає три блоки модулів-перший «Зварні з'єднання», другий «Проектування звар­них з'єднань і третій «Проектування типових зварних конструкцій». Кож­ний блок модулів складається з окремих модулів - теоретичного (лекції), практичного (практичні заняття), експериментального (лабораторні ро­боти), самостійної роботи студента (розрахунково-графічна робота, про­ект) (дивись структурну схему дисципліни).

Компетенція на попередньому етапі навчання функціонує в якості вступних вимог до опанування змісту дисципліни і повинна відповідати базовому рівню (вступ до дисципліни). Тому передбачається розділ «Базові поняття».

БАЗОВІ ПОНЯТТЯ