Теплофизические свойства свариваемых материалов [1]

Параметр	Материал
	Ст3	08Х18Н9Т	АМг5В	ВТ1
Коэффициент , см3/Дж	-8,4310-7	-13,410-7	-32,910-7	-16,210-7
Объемная теплоемкость с, Дж/(см3град)	4,78	4,78	2,66	2,85
Коэффициент А, см4с/Дж2	4,6110-7	3,3810-7	3,5610-7	1,5110-7
Коэффициент линейного расширения , град-1	1210-6	1910-6	2510-6	910-6

Таблица 5

Ориентировочные режимы автоматической и полуавтоматической электродуговой сварки угловых швов [2]

Материал	Сварка	Катет шва, мм	Iсв , А	Uд , В	Vсв , см/с
Углеродистая сталь Ст3	Полуавтоматическая в СО2	6	280 – 320	30 – 34	0,54 – 0,60
		8	340 – 360	34 – 36	0,38 – 0,42
	Автоматическая в СО2	6	350 – 400	35 – 38	0,76 – 0,96
		8	400 – 450	38 – 40	0,55 – 0,65
Нержавеющая сталь 08Х18Н9Т	Полуавтоматическая в СО2	6	250 – 260	28 – 30	0,48 – 0,52
		8	260 – 280	28 – 30	0,28 – 0,32
	Автоматическая в СО2	6	320 – 360	28 – 32	0,62 – 0,68
		8	380 – 400	30 – 32	0,45 – 0,50
Алюминиево-магниевый сплав АМг5В	Полуавтоматическая в Аr	6	240 – 260	23 – 25	0,37 – 0,40
		8	350 – 380	28 – 30	0,35 – 0,40
	Автоматическая в Ar	6	320 – 340	26 – 28	0,55 – 0,65
		8	340 – 360	28 – 30	0,35 – 0,40
Титановый сплав ВТ1	Полуавтоматическая в Ar	6	280 – 320	24 – 28	0,50 – 0,60
		8	300 – 320	26 – 28	0,28 – 0,34
	Автоматическая в Ar	6	320 – 350	28 – 32	0,60 – 0,70
		8	340 – 360	30 – 32	0,35 – 0,40

Прогиб балки от поперечных швов

При наложении t-х поперечных швов прогиб балки (см) можно определить по следующей зависимости:

, (2)

где n – количество поперечных ребер, n =[L/d]+1,

d – расстояние между ребрами, см;

L_t – длина поперечного t-го шва, см;

z_t-j=z_t-z_j – расстояние от центра t-го поперечного шва z_t до центра тяжести j-го технологического узла z_j, см;

– погонная энергия сварки t-го поперечного шва, Дж/см;

_t – коэффициент, учитывающий величину погонной энергии, приходящейся элементу, к которому приваривается поперечное ребро; для сварки в тавр

, здесь S_t – толщина продольного элемента в месте приварки поперечного ребра t-м швом, см; S_p – толщина ребра, см;

_t – коэффициент, зависящий от теплофизических свойств свариваемого материала, типа сварного соединения и тепловложения в элемент, к которому приваривается поперечное ребро, см³/Дж,

;

 – коэффициент линейного расширения, град^-1 (табл.4);

с – объемная теплоемкость, Дж/см³град (см. табл.4);

; , А – коэффициенты (их значения представлены в табл.4);

F_j – площадь поперечного сечения j-го технологического узла, см².

Особенности сборки стыковых элементов с начальной

кривизной

При последовательной сборке и сварке балочных конструкций нередко приходится собирать между собой деформированные элементы. Сборка двух элементов U и V с исходными значениями прогибов и (рис.1) заключается в ликвидации зазора между ними (с учетом знака: прогиб с выпуклостью вверх считаем положительным, выпуклостью вниз – отрицательным). Обозначив через и прогибы этих элементов от совместной сборки, можно записать:

. (3)

Значения и через внешнюю нагрузку выражаются так:

; . (4)

Здесь M_n – изгибающий момент от внешней нагрузки (его значения по величине равны для элементов U и V и противоположны по знаку);

M_m – изгибающий момент от фиктивной силы, Р=1, приложенной к середине пролета балки в направлении оси z;

Выражения (4) можно переписать, приняв :

; или . (5)

Решая уравнения (3) и (5), получим:

; . (6)

Рис. 1. Сборка двух деформированных элементов:

– положение элементов до сборки;

– положение элементов после сборки

Значение прогиба j-го технологического узла после сборки найдем как сумму прогибов исходного и от сборки его составных элементов U и V, т.е.

. (7)

Результирующее значение прогиба сваренного узла находим как суммарное от сборки и сварки, и принимаем это значение за исходное для последующих расчетов прогиба от сборки более крупного технологического узла, в который данный узел входит как составной элемент:

. (8)

Укорочение волокон от продольных швов

Для того, чтобы правильно задать исходную длину заготовок составных элементов балки, необходимо знать, какое укорочение получат их центральные волокна (ЦВ) при сборке и сварке. Абсолютное укорочение ЦВ k-го составного элемента, обусловленное наложением центральных швов, можно найти по формуле

, (9)

где – укорочение ЦВ j-го технологического узла от наложения продольных швов, см;

– абсолютная деформация укорочения (удлинения) ЦВ k-го элемента, обусловленная изгибом свариваемого узла из-за нецентрального расположения сварных швов, см;

– расстояние от ЦВ k-го составного элемента (с координатой центра тяжести (ЦТ) – z_k) до ЦТ сечения свариваемого j-го технологического узла (с координатой ЦТ – z_j), см.

Укорочение составных элементов от поперечных швов

Укорочение ЦВ составных элементов балки от поперечных швов может быть найдено по формуле

, (10)

где – укорочение ЦВ k-го элемента с укорочением ЦВ свариваемого технологического узла от поперечных швов, см;

– укорочение (удлинение) ЦВ k-го элемента, обусловленное изгибом свариваемого узла из-за нецентрального расположения поперечных швов (z_t-j0), см.

Определение продольного укорочения волокон от сборки

Принимаем, что при сборке элементов U и V длина волокон, совпадающих с ЦТ их сечений, не изменяется (т.е. пренебрегаем трением между собираемыми элементами). Тогда сокращение (удлинение) ЦВ составных элементов балки после сборки может быть рассчитано по формуле

, (11)

если k-й элемент входит в сборочную единицу U и

, (12)

если определяем укорочение ЦВ k-го элемента, входящего в сборочную единицу V. Здесь , – расстояние от ЦВ k-го составного элемента до ЦВ сборочной единицы U или V, см.

Результирующее укорочение ЦВ k-го элемента как составной части j-го технологического узла найдем как суммарное от сборки и сварки:

, (13)

где – начальное укорочение ЦВ k-го элемента перед сборкой и сваркой.

Рассчитанное по выражению (13) значение принимаем за начальное (исходное) для определения укорочения k-го элемента от сборки и сварки более крупного технологического узла, в который рассматриваемый узел входит как сборочная единица, т.е. . Это позволит воспользоваться формулой (13) для расчета общего укорочения ЦВ k-го элемента при сборке и сварке балки.

Пример расчета остаточных деформаций сварной балки

На рис.2 представлено сечение и составные элементы исследуемой балки. Материал балки – сталь Ст3. Длина балки и сварных поясных швов А и В по 10 м. Поясные швы выполняются автоматической сваркой в среде СО₂, катет швов принят равным 6 мм.

Для увеличения местной устойчивости сжатой части сечения балки устанавливаются поперечные ребра (рис.2, поз.К4), которые привариваются полуавтоматической сваркой в среде СО₂, швы поперечные С, D и Е, катет швов 6 мм. Длины поперечных швов определяются размерами ребра жесткости и соответственно равны: L_C=4,52=9 см; L_D=52=10 см; L_E=182=36 см. Толщина ребер S_р=8 мм. Толщина продольных элементов в месте приварки ребер жесткости: S_C=5 мм; S_D=9 мм; S_E=10 мм. Расстояние между ребрами жесткости по длине балки d=60, общее количество ребер n =[L/d]+1 = 17 шт.

Рассмотрим вариант сборки и сварки, представленный в табл.6.

Рис. 2. К примеру по оценке остаточных деформаций:

а – сечение балки; б – составные элементы

Таблица 6