§ 4. Особенности уменьшения напряжений и перемещений при сварке элементов тонкостенных оболочек

Для уменьшения напряжений и перемещений в элементах оболочек могут использоваться почти все известные общие прие­мы, такие как рациональное конструирование, уменьшение погон­ной энергии сварки, прокатка и др. Однако в оболочках имеются¹ специфические особенности конструктивного характера, застав­ляющие несколько изменять существующие приемы.

После сварки кольцевых швов стальных и титановых оболо­чек возникает окружное сокращение оболочки (§ 6, гл. VI).

Здесь возможно применить растяжение зоны сварного соеди­нения перед сваркой с помощью жесткого распорного кольца (рис. 7-10,а). При (7цач »ff_T после сварки и удаления кольца остаточные напряжения в зоне пластических деформаций 26._ff будут близкими к нулю. Деформации также будут отсутство­вать.

186

Если с помощью штамповки, экспандирования или прокатки края оболочке придать форму, соответствующую характеру и ве­личине деформации после сварки, но с противоположным знаком (рис. 7-10,6), то такая предварительная пластическая деформа­ция может оказаться достаточной для устранения перемещений. Остаточные напряжения при этом имеют примерно такое же зна­чение, какое они имели бы после сварки без применения каких-шбо специальных мер борьбы с деформациями.

Рис 7-10. Примеры устранения перемещений от коль­цевых сварных швов в цилиндрических оболочках

В процессе сварки оболочек кромки перемещаются в ради­альном направлении (рис. 7-П,а), при этом возможно образо­вание их смещения в случае различной жесткости элементов (рис. 7-11,6"). Особенно значительны перемещения в алюминие-

2BISI8171B151431211W9 8 7 5 5 4 3 2 10 12 3*5678 9 1011Ш31^ 15 х.см

«'не 7-11. Временные радиальные перемещения х в зоне кольцевого шва ця-чнндрической обоючки при различной жесткости свариваемых элементов

Л лот-речное сечение абспочки и места ^станече^и лрнбороа 1 п 2 для регистрации j) перемещения точ-'т 1 и 2 а процессе сварки, л—расстояние от шва по дуге оболочки

вых оболочках. Ввиду того, что перемещения возникают на зна­чительном расстоянии впереди сварочного источника тепла, кромки можно прижимать к подкладному кольцу перекатываю­щимся роликом, расположенным перед дугой на расстоянии не­скольких сантиметров. Такая схема прижатия кромок применя­ется в производстве.

При расположении жесткого кольца с наружной стороны и сварки с внутренней перемещения кромок возникать не будут, что предотвратит появление взаимного смещения листов

187

Круговые швы па сферических и цилиндрических тонкостен­ных оболочках вызывают существенные искажения их форм. И в этом случае создание предварительных обратных деформа­ций оказывается весьма эффективным. Предварительные дефор­мации по величине и по форме должны быть равны сварочным, по иметь обратный знак. Например, если после сварки кругового шва на сфере (рис. 7-12, а) возникают перемещения Д, показан­ные пунктирной линией /, то необходимо после сварки опытного узла снять профилограмму перемещений с тем, чтобы на после­дующих изделиях создать путем штамповки предварительн-ые деформации противоположного знака, показанные штрих-пунк­тирной линией 2. Фланец также необходимо сместить на вели­чину— Д.

Рнс. 7-12. Примеры устранения перемещений, вызываешь кругошчи aiap-

ными швам»

Предварительные перемещения должны создаваться в за­готовках благодаря остаточным пластическим деформациям; если они созданы упругим деформированием с помощью приспо­соблений, устранение деформаций будет лишь частичное. С по­мощью указанного приема можно устранять перемещения и от круговых швов на цилиндрических оболочках, однако ввиду сложности формы перемещений требуется изготовление специ­альной оснастки для штамповки.

Предварительные перемещения не устраняют остаточных-напряжений, а позволяют ликвидировать лишь искажения фор­мы. Поэтому, если возникающие после сварки перемещения явля­ются результатом потери устойчивости от остаточных напряже­ний, то устранить их предварительным деформированием не удается. В таких случаях необходимо устранять остаточные на­пряжения. Типичным примером в этом отношении является круговой шов на плоскости, когда сжимающие напряжения Ф вызывают коробление листа. Прокатка зоны кругового шва по окружности вследствие недостаточного удлинения металла в ра­диальном направлении при прокатке не позволяет, как правило» устранить растягивающие напряжения о>, а следовательно, и at-Здесь может оказаться эффективным прием, сочетающий преД-

188

паритедьную и последующую штамповку (рис. 7-12,6, в). Если перед сваркой создать осесимметричную пластическую дефор­мацию л пета так, чтобы он переместился из плоскости (рис. 7-12.6), то точка Л перейдет в положение Л^ с некоторым радиальным перемещением Д. После сварки вследствие усадки часть предварительного перемещения израсходуется (положе­ние А₂ на рис. 7-12,8), но сохранится некоторое перемещение листа по отношению к плоскости. Для устранения остаточных напряжении, а также деформаций потери устойчивости, доста­точно осадить фланец вместе с листом из положения А₂ в пло­скость /—1. Такая операция компенсирует остаточную попереч­ную усадку и устранит растягивающие радиальные напряжения. Радиальные п тангенциальные напряжения можно устранить, если при изготовлении фланца предусмотреть утолщение в виде пояска (рис. 7-12, г). После сварки указанное утолщение осажи­вается яа прессе одновременно по всей окружности, в результа­те чего возникает радиальное перемещение, достаточное для снижения остаточных напряжений и устранения потери устой­чивости листа.