МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ХАРЦИЗЬКИИ МЕТАЛУРГІЙНИЙ ТЕХНІКУМ

ДЕРЖАВНОГО ВИЩОГО НАВЧАЛЬНОГО ЗАКЛАДУ

«ДОНЕЦЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ»

Методичні вказівки

до самостійної роботи студентів денної форми навчання

зі спеціальності 5.05050401 «Зварювальне виробництво»

з дисципліни « Зварні конструкції».

Розробив викладач ХМТ ДВНЗ Дон НТУ __________________В.В.Лобова

Розглянуто на засіданні циклової комісії та рекомендована до затвердження Голова циклової комісії

__________________А.В. Солянікова

„____”____________2009р

2009

ЗМІСТ

Пояснювальна записка...............................................3

Критерії оцінювання знань і вмінь студенті….4

Тематичний план.........................................................5

Теми для самостійного вивчання..............................6

Література....................................................................55

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

Методичні вказівки визначені допомагати студентам технікуму в само­стійному вивчанні тем з дисципліни «Зварні конструкції». Методичні вказівки утримують перелік тем для самостійно­го вивчання, а також запитання, по яким студенти повинні вивчати теми з допомогою спеціальної літератури.

Базою для вивчення даного предмету являються знання, що одержують студенти при вивченні предметів «Матеріалознавство з основами термообробки», "Креслення та основи стандартизації, "Технічна механіка".

Викладення програмного матеріалу необхідно проводити з урахуванням сучасних досягнень науки і техніки в галузі зварювального виробництва.

При вивчанні самостійних тем потрібно користуватись планом. Для закріплення теми – відповісти на контрольні запитання, які допоможуть перевіряти знання, закріпити вивчений самостійно матеріал. В результаті самостійного вивчання тем з дисципліни « Зварні конструкції» студенти повинні:

Знати:

- класифікацію зварних конструкцій;

- матеріали, що застосовуються при виготовленні зварних конструкцій;

- основні види зварних з'єднань, типи зварних швів, їх умовні позначення на кресленнях;

- властивості зварних з'єднань при різноманітних навантаженнях

- основи розрахунку зварних конструкцій за граничним станом і допускними напругами;

- конструктивні вимоги щодо зварних швів і конструкцій;

- особливості розрахунку та проектування зварних з'єднань і конструкцій.

Вміти:

- користуватися нормативною і довідковою літературою;

- раціонально підходити до вибору матеріалу;

- виконувати розрахунки і конструювати зварні з'єднання та зварні конструкції.

КРИТЕРІЇ ОЦІНЮВАННЯ ЗНАНЬ ТА ВМІНЬ СТУДЕНТІВ.

Відмітка „ незадовільно " (2 бали) виставляється тоді, коли студент відтворює на рівні розпізнання окремі елементи навчального матеріалу та не усвідомлено виконує окремі частини завдань. Під час виконання завдань у відповідях допускає суттєві помилки.

Відмітка „ задовільно " (3 бали) виставляється тоді, коли студент без достатнього розуміння відтворює навчальний матеріал та виконує завдання в неповному обсязі. Недостатньо обґрунтовано аналізує і порівнює інформацію. Не усвідомлено користується технічною та додатковою документацією. Під час виконання завдань у відповідях допускає помилки, які самостійно виправити не може.

Відмітка „ добре " (4 бали) виставляється тоді, коли студент самостійно, з розумінням відтворює основний навчальний матеріал при відповіді та застосовує його під час виконання завдань, аналізує, порівнює інформацію і робить висновки. Відповідь студента в цілому правильна, логічна та достатньо обґрунтована. Виконує завдання за типовим алгоритмом (послідовність дій). Достатньо усвідомлено користується довідковою інформацією, технічною документацією. Під час відповіді, виконання завдань допускає несуттєві помилки, які може виправити самостійно.

Відмітка „ відмінно " (5 балів) виставляється оді, коли студент володіє глибокими, міцними, узагальненими , системними знаннями навчального матеріалу у повному обсязі та здатний їх ефективно використовувати для виконання завдань. Відповідь студента повно, правильна, логічна, містить аналіз, систематизацію, узагальнення. Студент вміє самостійно знаходити джерела інформації і користуватися ними, оцінювати отриману інформацію. Встановлює міждисциплінарні зв'язки, робить аргументовані висновки. Студент правильно та усвідомлено застосовує всі вили технічної та довідкової документації. Самостійно, правильно, у повному обсязі виконує практичне завдання. При виконанні практичних завдань допускає неточності, які самостійно виявляє та виправляє. Виявляє пізнавально - творчий інтерес до обраної професії, нової техніки і технології.

Тематичний план

Назва блоків і змістових модулів та їх шифр
		Самост. роботи
Вступ	2
Блок. 1 Основні положення проектування зварних конструкцій. ПП.11	6
1.1 Модуль. Основні характеристики та сортамент металу. ПФ.С.01.ПР.О.02.05	4
1.2 Модуль Фактори, які визначають особливості зварних конструкцій.
1.3 Модуль Основні положення розрахунку зварних конструкцій та з'єднань. ПФ.С.01.ПР.О.01.10
1.4 Модуль Етапи проектування зварних конструкцій. ПФ.С.01.ПР.О.01.08
Взагалі за блоком 1.	6
Блок 2. Зварні з'єднання. ПП.12	20
2.1 Модуль Зварні з'єднання та шви. ПФ.С.02.3Р.О.03.02	8
2.2 Модуль. Робота зварних з'єднань при різних навантаженнях і ділянках. ПФ.С.01.ПР.О.01.09	4
2.3 Розподіл напружень у зварних швах. ПФ.С.02.3Р.О.03.03	2
2.4 Модуль Розрахунок і конструювання зварних з'єднань. ПФ.С.02.3Р.О.03.04	6
Взагалі за блоком 2.	20
Блок 3. Зварні конструкції. ПП.13	44
3.1 Модуль Балки та балочні конструкції. ПФ.С.02.3Р.О.04.03	10
3.2 Модуль Підкранові балки. ПФ.С.02.3Р.О.04.04	2
3.3 Модуль Зварні колони. ПФ.С.02.3Р.О.04.05	10
3.4 Модуль Зварні ферми. ПФ.С.02.3Р.О.04.06	10
3.5 Модуль Зварні оболонкові конструкції ПФ.С.02.3Р.О.04.07	4
3.6 Модуль Трубопроводи. ПФ.С.02.3Р.О.04.08	2
3.7 Модуль Зварні судини та апарати працюючі під | тиском. ПФ.С.02.3Р.О.04.09
Взагалі за блоком 3.	44
Взагалі по предмету	72 Критерії оцінювання знань і вмінь студенті:

Тема: Кольорові метали.

План:

1. Алюмінієві сплави.

2. Титанові сплави.

3. Пластичні маси.

4. Композиційні матеріали

Література:

Обов'язкова: [1] Чертов І.М. Зварні конструкції: Підручник.- К.: Арістей, 2006. с. 46-53.

Додаткова: [2] Клименко Ф.Є. Металеві конструкції: . Львів: Світ 2002. с.

Алюмінієві сплави.

Чистий алюміній не може використовуватись як конструкційний матеріал через низькі механічні властивості. Тому в промисловості використовуються його сплави двох видів: деформовані та ливарні. Для зварних конструкцій, як правило, використовують сплави деформовані, які в свою чергу поділяються на сплави здатні до термообробки (термічно зміцнювані) і не здатні до неї (термічно незміцнювані).

Існує дві системи термічно незміцнюваних сплавів:

1. Система Аl + Мп. Це так звані сплави АМц. Вони характеризують­ся високою здатністю до зварювання, але мають низькі показники механічних властивостей.

2. Система Аl+ Мg. Залежно від кількості основного легуючого еле­ менту (магнію) розрізняють сплави марок від АМг1 до АМг6. Цифра вказує на кількість Мg в сплаві у відсотках.

Оскільки сплави цих систем не здатні до термічного зміцнення, для підвищення міцності використовують операцію нагартування -деформу­вання у холодному стані. Після цієї операції можливе підвищення межі міцності на 40-60%, але одночасно знижується відносне повздовження на 30-50%. Щоб поліпшити пластичні властивості сплавів після нагарту­вання, застосовують відпалювання.

Серед сплавів термічно зміцнюваних основними системами складу є:

1. Система Аl+ Мg + Sі - сплави АВ (сплав авіаль);

2. Система Al + Мg + Си- сплави Д (дюралюміни);

3. Система Аl+ Мg + Си + Fе + Nі - сплави АК (сплав ковкий);

4. Система Аl + Мg + Си + Zп + інші - сплави В (високоміцні). Термічна обробка алюмінієвих сплавів полягає в загартуванні і старінні.

Загартування проводиться шляхом нагріву сплаву до певної (в залежності від складу сплаву) температури, витримки та швидкого охолодження. Старіння проводять таким чином: природне старіння - витримка при кімнатній температурі декілька діб (чотири) або штучне старіння - витримка 10-24 години при підвищеній температурі.

Позначення термічно зміцнюваних сплавів складається з літер (система складу) і цифр (номер сплаву).

Для позначення стану алюмінієвих сплавів використовують літери, які означають: М - м'який (відпалений); Т - термічнооброблений; Н -нагартований; П - напівнагартований. Наприклад, Д16Т - дюралюміній загартований, АМгбН - сплав нагартований.

Для усіх сплавів модуль пружності Е = 6,8 * 10⁴....7 *10⁴ МПа, модуль зсуву G = 2,6 * 1О⁴...2,7 * 10⁴ МПа, питома вага γ = 2,65....2,8 т/м². Алюмінієві сплави не мають площадки текучості, тому межа текучості визначається як умовна величина напружень (σ₀₂) відповідно до залишкової деформації 0,2%.

Таблиця Властивості алюмінієвих сплавів

З пониженням температури значення σ ₀₂, σ_В і δ дещо збільшуються, тому алюмінієві сплави широко використовуються для конструкцій, що працюють в умовах негативних температур. З підвищенням температури значення δ і σ₀₂ різко падає. Крім того, алюмінієві сплави характеризу­ються досить високою корозійною стійкістю. Властивості деяких алюміні­євих сплавів наведені в таблиці .

Титанові сплави

Титан - поліморфний метал. Він може бути у вигляді двох алотро­пних модифікацій: низькотемпературної а, що існує до температури 882,5°С та високотемпературної β.

Титан у чистому вигляді не використовується в конструкціях через невелику міцність (σ_В ≈250 МПа). Як конструкційний матеріал поширені титанові сплави, легованні різноманітними елементами. Залежно від легуючих елементів і технології виготовлення кінцева мікроструктура титанового сплаву може бути α, (α+β) та β

Структура α -титану є пластичною, але характеризується низькою міцністю, навпаки, структура β- титану є мартенситноподібною, здатною до термічного зміцнення. Сплави поділені на групи за рівнями міцності, а також за типами структур.

Таблиця Хімічний склад і механічні властивості деяких титанових сплавів

Пластичні маси

Пластичні маси утворюються на основі високомолекулярних з'єд­нань - полімерів. їх поділяють на два класи - термопласти і реакто­пласти. Термопласти (термопластичні пластмаси) при нагріванні роз­плавляються, а при охолодженні їх властивості відновлюються. До цього класу пластмас можна віднести поліетилен, поліпропілен, полістирол, вініпласт та інш. Реактопласти (термореактивні пластмаси) працюють при більш високих температурах, але при нагріванні вони руйнуються після охолодження їхні властивості не повертаються (стекло текстоліт Температура переходу зі стану склоподібного до стану високоелас-тичного (і навпаки) Г_с зветься температурою склування; температура переходу зі стану високоеластичного до стану в'язкотекучого (і навпаки) Т_т - температурою текучості. Зона 1 - твердий стан; зона 2 - високо-еластичний стан; зона 3 - в'язкотекучий стан. Температури переходу Г_с і Г_т є одними з основних характеристик пластмас і дозволяють, з одного боку, визначити умови, які забезпечують високу міцність матеріалу, з другого - умови технологічної обробки.

Механічні властивості полімерів різноманітні, достатньо високі, але вони здатні до старіння - зниження фізико-механічних властивостей з часом. Крім того, з підвищенням температури міцність полімерів знижується, а при зниженні температури зростає їхня крихкість.

Для зварних конструкцій найширше використовують поліетилен, віні­пласт і полістирол завдяки їхній високій здатності до зварювання, хоро­шій технологічній обробці та відносно високій міцності.

Таблиця Властивості деяких конструкційних пластмас

Питома вага пластмас дуже мала (1-2 т/м³); коефіцієнт теплового розширення набагато більший, ніж для сталей, хімічна та електроізоля­ційна стійкість високі. Діаграма розтягування ( σ ­ ε ) може бути як з пло­щадкою текучості, так і без неї, в залежності від складу пластмаси.

Композиційні матеріали

Композиційні матеріали, або «композити» - це такі матеріали, які складаються з двох і більше різнорідних матеріалів, між якими існує чітка границя (матеріали нерозчинні) і які мають властивості, що відріз­няються від властивостей складових матеріалів (наприклад, залізо­бетон). Тобто, композит складається з матриці (зв'язуюча частина) і наповнювача (дисперсна фаза).

Матриця надає форми матеріалу, а наповнювач його зміцнює. В залежності від наповнювача існують композити з дісперсними частин­ками (малого розміру і орієнтовані по всіх трьох осях координат); волокнисті композити, які в свою чергу, поділяються на композити з безперервними волокнами одного напряму, композити з дискретними волокнами і композити з безперервними волокнами, орієнтованими по багатьох напрямках, а також слоїсті композити.

Як конструкційний матеріал для зварних конструкцій найширше використовують композити на основі металевої матриці з наповнюва­чами у виді часток, волокон і шарів з металевих і неметалевих матеріалів. Серед них можна назвати алюмінієві і титанові сплави, зміцнені волокнами; нікельові сплави, зміцнені волокнами оксиду алюмінію, карбіду кремнію; металеві матеріали, армовані дротом тугоплавких металів, високоміцними та високомодульними вуглеце­вими волокнами. Питомі показники міцності, жорсткості при високих температурах, опору руйнуванню внаслідок втомленості і інші властивості композиційнійних матеріалів нерідко вищі, ніж для конструкційних сплавів. Де які властивості конструкційних композиційних матеріалів наведені в таблиці

Таблиця Властивості композиційних матеріалів на основі металевої матриці

Питання для самоконтролю:

1. На основі чого утворюються пластичні маси?

2. Що називають композиційними матеріалами?

3. Дайте визначення титану?

4. Які алюмінієві сплави використовуються в промисловості?

Тема: Класифікація сортаменту, та його виробництво.

План:

1. Визначення сортаменту.

2. Класифікація сортаменту:

а) Сортамент сталей;

б) Сортамент сплавів.

3. Виробництво сортаменту.

Література:

Обов'язкова: [2] Клименко Ф.Є. Металеві конструкції: . Львів: Світ 2002. с.21-22

Додаткова: [1] Чертов І.М. Зварні конструкції: Підручник.- К.: Арістей, 2006. с. 45-46, 48.

Для металевих конструкцій сьогодні промисло­вість постачає прокатні, пресовані, гнуті та гнутозварені профілі. Наявність готових профілів разом з їх машинною обробкою, механізованими автоматизованими процесами з'єднання забез­печують індустріальне та швидке виготовлення металевих конструкцій.

Перелік прокатних та інших профілів, у якому зазначені їх форма, розміри, допуски, характе­ристики металу, маси одиниці довжини профілю, геометричні характеристики перерізів, а також умови постачання, називається сортаментом. Усі профілі за умовами використання поділя­ють на дві групи: профілі загального і спеціаль­ного призначень. Найбільш масові профілі загаль­ного призначення, які широко використовують у різних галузях промисловості та будівництві при найрізноманітніших силових впливах — розтя­гові, згинанні, стисканні та їх поєднаннях. До цієї групи належать двотаврові балки, швелери, кут­ники рівнополичкові і нерівнополичкові, труби круглі, прямокутні, квадратні, профілі таврові, Z-подібні, С-подібні, коритоподібні (рис. ), листи, круг, квадрат, сталеві линви.

Рис. Основні типи профілів, що використовуються в несучих металевих конструкціях: а — прокатні та пресовані; б — гнуті.

До профілів спе­ціального призначення, які використовують у будівництві, належать профілі, форма й розміри яких визначаються функціональним призначен­ням та особливостями конструкцій. Це гофровані профілі (профільовані настили для покрівель і стін), профілі вікон, дверей, ліхтарів, двотаврові балки для підвісного транспорту, кранові рейки.

Сталеві профілі отримують шляхом гарячого прокатування, холодного профілювання тонких листів та зварювання.

Сортаменти складають звичайно у порядку зростання основних розмірів профілів і оформля­ють у вигляді державних стандартів або відомчих технічних умов. Більшу частину профілів зі сталі (сортовий та профільний прокати, безшовні труби, листовий прокат тощо) виготовляють методом га­рячого прокатування, яке є найдешевшим (за ви­нятком труб) видом формоутворення.

Сортовий прокат поєднує кутники рівно- і не­рівнополичкові, круглу, квадратну та стрічкову сталі. Профільний — двотаври, швелери, таври тощо. З багатьох видів листового прокату в будів­ництві найширше застосовують товстолистову та широколистову універсальну сталь.

Гнуті, у тому числі гофровані, профілі відкри­того типу виготовляють методом безперервного холодного профілювання з листової рулонної ста­лі. Замкнуті гнутозварні профілі виготовляють так само з подальшим зварюванням замикального шва струмами високої частоти. До них належать електрозварні труби круглого перерізу, профілі квадратного та прямокутного перерізів. Профілі двох останніх типів дорожчі за прокатні. Винят­ком є електрозварні труби, які дешевші, ніж га­рячекатані безшовні.

Зварні двотаврові профілі виготовляють з широколистової сталі на потокових лініях шляхом автоматичного електродугового зварювання.

У конструкціях з алюмінієвих сплавів найчас­тіше використовують прокатні, гнуті та пресовані профілі. Гарячим прокатуванням отримують лис­ти. Кутники, таври, двотаври, швелери, труби та інші профілі (інколи дуже складної форми), як відкриті, так і закриті, найчастіше виготовляють гарячим пресуванням циліндричної заготовки че­рез матрицю з отвором необхідної форми.

Випускають також профілі, гнуті у холодному стані. Простий та дешевий процес пресування, а також великий асортимент зумовлюють найбільше ви­користання пресованих профілів.

Проектуючи будівельні металеві конструкції, необхідно компонувати їх на весь об'єкт у цілому з найменшої кількості різних профілів.

При використанні в одній конструкції профілів однакового калібру, але різної товщини, відміна за товщиною має становити не менше 2 мм. За­бороняється використовувати в одній і тій же конструкції профілі однакових розмірів, але з ма­теріалів різних марок.

З метою зменшення обсягів робіт, зумовлених сортуванням, складуванням, транспортуванням, правленням і обробкою металу, користуються ско­роченими сортаментами профілів загального при­значення. Ці сортаменти складені на основі аналі­зу конструкцій масового будівництва. Вони міс­тять перелік найбільш використовуваних про­філів і при проектуванні їх застосовують в першу чергу.

Сортамент сталей.

Гарячекатані рівнополичні кутники. Поставляються довжиною 4-13 м з полицями 20-250 мм і товщиною 3-30 мм.

Гарячекатані нерівнополичні кутники. Поставляються довжиною 4-13 м з малими полицями шириною 16-160 мм, великими полицями шириною 25-250 мм і товщиною 16-160 мм.

Холодногнуті кутники. Випускаються у вигляді рівнобокого і не­рівнобокого профілю. Рівнобокі профілі з вуглецевої сталі виготовляють з полицями шириною 16-220 мм і товщиною 1-10 мм. Нерівнобокі профілі з вуглецевої та низьколегованої сталі виготовляють з великими полицями шириною 25-220 мм, малими полицями шириною 20-180 мм і товщиною 1,5-10 мм. Рівнобокі профілі з низьколегованої сталі виготовляють з поли­цями шириною 16-200 мм і товщиною 1-10 мм. Профілі постачаються довжиною 4-12 м.

Гарячекатані швелери. Випускаються з нахилом внутрішніх граней полиць та без нахилів. Висота швелерів 50-400 мм, ширина полиць 32-115 мм, товщина стінок 4,4-8 мм. Швелери постачаються довжиною 4-13 м.

Гнуті рівнополичні швелери. Виготовляються висотою 28-410 мм з ши­риною полиць 20-160 мм; товщиною профілю 1-10 мм; довжиною 4-12 м.

Холодногнуті нерівнополичні швелери. Постачаються висотою 16-270 мм з великою полицею шириною 20-90 мм, малою полицею шириною 10-80 мм, довжиною 3-12 м.

Двотаври з гарячекатаної сталі. Виготовляють висотою 100-600 мм з полицями шириною 5,5-190 мм, товщиною 4,5-12 мм, довжиною 4-13 м.

Гнуті зетові профілі. Виготовляються з вуглецевої сталі висо­тою 10-265 мм з полицями шириною 30-110 мм, товщиною 2-6 мм, довжиною 3-12 м.

Прокат листовий гарячекатаний. Виготовляється в листах та рулонах. Листовий прокат товщиною від 0,4 до 160 мм, шириною 500-3800 мм, довжиною 710-900 мм; рулонний прокат - товщиною 1,2-12 мм, шириною 500-2200 мм.

Прокат листовий холоднокатаний. Виготовляється в листах та рулонах. Листовий прокат товщиною 0,35-5,0 мм, шириною 500-2300 мм, довжиною 1000-6000 мм; рулонний прокат - товщина від 0,5 до 3,0 мм, ширина 500-2300 мм.

Товстолистова корозійностійка, жаростійка і жароміцна сталь. Виготовляється у вигляді листів товщиною 4-50 мм.

Труби. Різної технології виготовлення (гарячекатані, холоднотягнуті, безшовні, зварні та інш.). Діаметром від 0,32 до 820 мм, товщиною стінки від 0,1 до 75 мм, довжиною 3-12 м.

Вироби зі сталі. Сталь кругла чи квадратна, калібрована, шести­гранна, срібляна, стрічка, полоса, дріт та інш.

Сортамент сплавів.

Листи алюмінієві. В залежності від марки сплаву і стану його поста­чання виготовляються листи товщиною від 0,5 до 10,5 мм, шириною від 600 до 2000 мм і довжиною від 2 до 7 м.

Плити алюмінієві. Виготовляються товщиною 11-200 мм, шириною 1200-2000 мм, довжиною 2-8 м.

Фасонні пресовані алюмінієві профілі:

• рівнобокий кутник розміром 10-250 мм;

• рівностінний нерівнобокий кутник розміром 9,5 х 6,0 ÷ 450 х 160 мм;

• бульбокутник розміром 13x12 ÷30x35 мм;

• тавр розміром 5 х 25÷300 х 165 мм;

• двотавр розміром 5 х 13 ÷300 х 175 мм;

• рівнотовщинний швелер розміром 3 х 62 ÷275 х 275 мм;

• відбортований швелер розміром 5 х 76 ÷95 х 99 мм;

• таврошвелер розміром 25 х 50 ÷ 90 х 114 мм;

• трапецієподібний відбортований швелер розміром 17 х 40 ÷100 х150 мм;

• зет нормальний розміром 6,6 х 12 ÷ 180 х 50 мм;

• зет фасонний розміром 16 х 13 ÷140 х 60 мм;

Труба пресована зовнішнім діаметром від 18 до 340 мм і товщиною стінки від 1,5 до 40 мм.

Труба катана (тягнута) діаметром від 6 до 120 мм і товщиною стінки 0,5-5 мм.

Труба фасонно-овальна - каплеподібна, квадратна, прямокутна.

Вироби з алюмінієвих сплавів: полоса, прутки; дріт, поковки; та ін.

Питання для самоконтролю: