Вопрос № 16: Каковы основные приемы, используемые для уменьшения деформации конструкций при сварке?

Ответ: Меры по уменьшению деформаций и перемещений предусматриваются на всех этапах проектирования к изготовлению сварных конструкций:

1. Назначают минимальные объемы наплавляемого металла;

2. Применяют способы сварки с минимальным тепловложением;

3. Балочные конструкции проектируют с таким поперечным сечением и разложением швов, чтобы моменты, создаваемые усадочными силами были минимальны;

4. Последовательность сборочно-сварочных операций должна быть такой, чтобы моменты инерции и площади поперечных сечений во время выполнения сварных швов были максимальны;

5. Целесообразно обеспечить свободное сокращение элементов от усадки, чтобы не вызвать искажение конструкции в целом;

6. В конструкциях с тонкостенными элементами швы располагают либо на жестких элементах, либо вблизи от них;

7. Проектирование конструкций необходимо вести так, чтобы обеспечить их последующую правку.

При осуществлении сварки используют следующие мероприятия:

1. Применяют рациональную последовательность сборочно-сварочных операций;

2. Применяют оснастку для сборки и закрепления свариваемых элементов;

3. Назначают размеры заготовок с учетом последующей усадки;

4. Предварительной пластической деформацией перед сваркой создают перемещения, противоположные ожидаемым при сварке;

5. Искусственным охлаждением уменьшают зону пластических деформаций;

6. Создают в зоне сварки с помощью приспособлений напряжения растяжения, чтобы уменьшить усадочную силу;

7. Непосредственно после сварки создают пластические деформации удлинения проковкой металла.

Вопрос №17: Какие виды искажений формы и размеров балок могут возникнуть в результате их сварки?

Ответ: Характерными особенностями сварных конструкций балочного типа является их значительная длина по сравнению с шириной и высотой. После сварки продольного шва возникает усадочная сила Р_ус, которая создает укорочение балки, вычисляемое по формуле

∆_пр = Р_ус/ EF

и момент М = Р_ус е₁

где е₁ –эксцентриситет относительно центра тяжести сечения, который вызывает изгиб балки, вычисляемый по формуле

ƒ = (Р_ус еI²) / 8 EF = MI²/ 8 EI

Угловой поворот торцов относительно друг друга определяют по формуле

Θ = MI /8EI

F - площадь пояса и стенки

I – момент инерции сечения относительно оси 1-1, проходящей через центр тяжести. Если к сварочному тавру присоединяют еще один пояс, то от него отдельно находят укорочение. Прогибы от сварки верхних и нижних швов будут иметь разные знаки. При нахождении суммарного прогиба их следует вычитать.

В балках может возникнуть различного рода закручивание продольной оси. Закручивание возникает вследствие неодновременной поперечной усадки углового шва по его длине. Сварка в кондукторах или жесткие прихватки устраняют этот дефект. Для рамных конструкций специфическим искажением формы является, так называемая, пропеллерность, при которой противоположные углы выступают из плоскости в разных направлениях.

Вопрос №18: Какие поперечные сечения сварных балок целесообразно применять при их изгибе в одной плоскости и в двух плоскостях?

Ответ: Наиболее часто применяют балки двутаврового и коробчатого сечения профилей.

Двутавровые балки хорошо работают на изгиб в плоскости своей наибольшей жесткости (плоскость у). Балки коробчатого профиля применяются, когда требуется сопротивление изгибу в двух плоскостях. Такие балки также хорошо сопротивляются скручиванию. Используются в мостовых кранах и обычно выполняются с постоянным по длине сечением.

Вопрос №19:Как определить высоту сварной двутавровой балки из условия минимума веса?

Ответ: Балка должна удовлетворять прочности при условии наименьшей массы, т.е. поперечное сечение должно быть минимальным.

Высота балки для двутаврового профиля с этой целью может быть найдена по формуле:

h_к =1.3 -1.4

где δ_{в –} толщина вертикального листа

При проектировании балок δ_в. неизвестна. Поэтому первоначально ее задают. Можно принять δ_в. = 5…10 мм

δ_в. = ( 10 h_к ) / 12,5

Для тяжелых конструкций

δ_в. = 7 + 0.005 h_в.

Вопрос №20: В каких сечениях сварной двутавровой балки проверяют нормальные напряжения от изгиба?

Ответс: Наибольшее нормальное напряжение в крайнем волокне балки:

σ_max = М y_max/ J

J= J_с + J_п

J – момент инерции относительно оси Х

J_{с. –} момент инерции стержня

J_п. – момент инерции полок

J_с. = δ_с h_с³/12

J_п = 2 [в_nδ_n³ /12 + в_n δ_n (h-δ_n)² /4 ]

Эквивалентные напряжения определяются в сечении на уровне верхней кромки вертикального листа

σ₁ = Мh / 2I

Вопрос№21: Какие типы сечения сварных стоек применяются при небольших и больших усилиях?

Ответ: При небольших продольных усилиях применяют стойки, имеющие сечения уголка. Однако они обладают малой жесткостью и применяются преимущественно в коротких элементах. Для стоек под небольшие нагрузки также целесообразны трубчатые и гнутые профили.

Для изготовления стоек, работающих при нагрузках до несколько сотен кН, применяют двутавровые профили.

Швеллерные профили применяют в случаях, когда при наименьшей площади нужно получить значительный момент инерции.

Вопрос №22: Как определяются расчетные усилия в стержнях сварных ферм?

Ответ: В большинстве случаев в строительных и монтажных конструкциях нагрузки приложены в узлах ферм. Целесообразно определять продольные силы от собственного веса, полезной нагрузки и суммарные расчеты силы.

Если нагрузки приложены не в узлах фермы, тогда они раскладываются по узлам и определяются продольные силы в стержнях ферм. В нагруженных панелях кроме продольных сил действуют поперечные силы Q и изгибающие моменты М, которые рассматриваются как усилия и моменты, нагружающие балку. При данном допущении, когда панель нагружена сосредоченной силой Р, приложенной к ее середине, расчетный момент приближенно принимается:

М=( Р*d)/ 6

Расчетная поперечная сила

Q= Р/2

После определения продольных усилий N и моментов М расчетное напряжение составит:

σ = + М / I * y_max + N/ А ≤ [σ]_р,

где 1- момент инерции поперечного сечения пояса относительно горизонтальной оси;

А – площадь сечения пояса;

y_{max –} расстояние от центра тяжести до крайнего волокна