Билет 11

1.Сварные конструкции,особенности их работы.Негабаритные листовые-определение,назначение,компоновка,схемы.

1)Исключительное разнообразие сварных конструкций затрудняет их единую классификацию. Их можно классифицировать по методу получения заготовок (листовые, листосварные, кованные, штампосварные конструкции), по целевому назначению (вагонные, судовые, авиационные и т.д.), в зависимости от толщины свариваемых элементов (тонкостенные и толстостенные) или по применяемым материалам (стальные, алюминиевые, титановые и т.д.). При рассмотрении вопросов проектирования и изготовления сварных конструкций более целесообразной является классификация в зависимости от характерных особенностей их работы. В этом случае можно выделить следующие типы сварных элементов и конструкций и дать им соответствующие определения.

Балки – конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб. Жестоко соединенные между собой балки образуют рамные конструкции.

Колоннами называют элементы, работающие преимущественно на сжатие или на сжатие с продольным изгибом.

Решетчатые конструкции представляют собой систему стержней, соединенных в узлах таким образом, что стержни испытывают главным образом растяжение или сжатие. К ним относят фермы, мачты, арматурные сетки и каркасы.

Оболочковые конструкции, как правило, испытывают избыточное давление – к ним предъявляют требование герметичности соединений. К этому типу относят различные емкости, сосуды и трубопроводы.

Корпусные транспортные конструкции подвергаются динамическим нагрузкам. К ним предъявляют требования высокой жесткости при минимальной массе. Основные конструкции данного типа – корпуса судов, вагонов, кузова автомобилей.

Детали машин и приборов работают преимущественно при переменных, многократно повторяющихся нагрузках – станины, валы, колеса. Характерным для них является требование точных размеров.

Исключительное разнообразие сварных конструкций затрудняет их единую классификацию. Их можно классифицировать по методу получения заготовок (листовые, литосварные, кованосварные, штампосварные конструкции), по целевому назначению (вагонные, судовые, авиационные и т. д.), в зависимости от толщины свариваемых элементов (тонкостенные и толстостенные) или по применяемым материалам (стальные, алюминиевые, титановые и т. д.). При рассмотрении вопросов проектирования и изготовления сварных конструкций более целесообразной является классификация в зависимости от характерных особенностей их работы. В этом случае можно выделить следующие типы сварных элементов и конструкций и дать им соответствующие определения.

Балки — конструктивные элементы, работающие в основном на поперечный изгиб. Жестко соединенные между собой балки образуют рамные конструкции.

Колоннами называют элементы, работающие преимущественно на сжатие или на сжатие с продольным изгибом.

Решетчатые конструкции представляют собой систему стержней, соединенных в узлах таким образом, что стержни испытывают главным образом растяжение или сжатие. К ним относятся фермы, мачты, арматурные сетки и каркасы.

Оболочковые конструкции, как правило, испытывают избыточное давление — к ним предъявляют требование герметичности соединений. К этому типу относят различные емкости, сосуды и трубопроводы.

Корпусные транспортные конструкции подвергаются динамическим нагрузкам. К ним предъявляют требования высокой жесткости при минимальной массе. Основные конструкции данного типа — корпуса судов, вагонов, кузова автомобилей.

Детали машин и приборов работают преимущественно при переменных, многократно повторяющихся нагрузках. Характерным для них является требование точных размеров, обеспечиваемое главным образом механической обработкой заготовок или готовых деталей. Примерами таких изделий являются станины, валы, колеса.

В соответствии с такой классификацией рассмотрим конструктивные особенности каждого типа более подробно.

Типы поперечных сечений и размеры сварных балок весьма разнообразны. Если нагрузка приложена в вертикальной плоскости, чаще всего используют балки двутаврового сечения. При приложении нагрузки в вертикальной и горизонтальной плоскостях, а также при действии крутящего момента более целесообразно использование балок коробчатого сечения.

Обычно сварной двутавр состоит из трех основных листовых элементов: стенки и двух полок (поясов), но может иметь вертикальные и горизонтальные ребра жесткости (рис. 12.1). При больших размерах двутавровой балки ее стенка (рис. 12.2,а) и пояса

(рис. 12.2,6) могут быть составными. Такие балки нашли применение при сооружении пролетных строений автодорожных мостов. Устойчивость вертикальной стенки обеспечивается вертикальными и горизонтальными ребрами жесткости, сечение изменяется за счет изменения ширины и толщины поясов.

Пуск в 1978 г. первого в стране цеха прокатных широкополочных двутавров расширяет возможности рационального проектирования сварных ба — Рис. 12.3. Составные подкра — лочных и решетчатых конструкций. Ти-

новые балки с использовани — г. ___ *

ем широкополочных двутав — повые конструкции подкрановых баров лок с тонкой стенкой и поясами

из тавров, полученных роспуском широкополочных двутавров, показаны на рис. 12.3. Сварные балки пролетом 6 м и высотой 800—1300 мм предполагается изготовлять с уширенными верхними поясами под краны грузоподъемностью 10—20 т без ребер жесткости и под краны 30—50 т с ребрами жесткости. Балки пролетом 12 м и высотой 1100—1600 мм предусматриваются с поясами одинаковой ширины и с ребрами жесткости.

Рис. 12.4. Примеры колонн постоянного (а) и переменного (б, в) сечений: а. б — сплошные; в — сквозная

Балки коробчатого сечения широко используют в конструкциях мостовых кранов. Обычно вдоль балки располагают попе* речные диафрагмы, которые приваривают к сжатому верхнему поясу и к боковым стенкам. Сварные элементы коробчатого сечения используют также в качестве стержней ферм крупных мостовых пролетных строений. В конструкциях ферм авто — и железнодорожных мостов применяют унифицированные сварные коробчатые элементы шириной 526 и высотой 450, 600 и 800 мм, длиной до 17 м. В отличие от балок эти элементы диафрагм не имеют.

Колонны могут быть сплошные (рис. 12.4,а, б) и сквозные (рис. 12.4,в).

Колонны цехов воспринимают нагрузку от кровли и от кранового моста в местах расположения опор подкрановых балок. Резкое увеличение нормальной силы и изгибающего момента в этом сечении нередко приводит к необходимости использования ступенчатых колонн (рис. 12.4,б, в). Нижняя часть колонн имеет опорную плиту, передающую нагрузку на бетонный фундамент. Балочные и решетчатые конструкции

Рамы представляют собой объемную пространственную конструкцию, предназначенную для объединения отдельных деталей и механизмов в единый агрегат. Одно из главных требований, предъявляемых к рамам, — жесткость конструкции. Поэтому вхо

дящие в состав сварной рамы балочные заготовки соединяют друг с другом либо непосредственно, либо с помощью вспомогательных элементов жесткости. Размеры рам и их конструктивное оформление весьма разнообразны, различны и методы получения балочных заготовок. Так, рамы клетей мощных прокатных станов собирают и сваривают из балочных заготовок в виде массивных стальных отливок (рис. 12.5). В рамах тележек железнодорожного подвижного состава нередко также наиболее сложные элементы выполняют в виде стальной отливки с относительно тонкими стенками. Примером этому может служить рама тележки электровоза ВЛ-80 (рис. 12.6), состоящая из боковин /, ли — 6

того шкворневого бруса 2 и двух концевых брусьев <3, где боковины и концевые брусья представляют собой сварные балки коробчатого сечения. Болес крупные рамы обычно собирают из профильных и листовых элементов, подкрепляя их во многих местах ребрами жесткости.

Общим для решетчатых конструкций является наличие в узлах соединений нескольких отдельных стержней того или иного сечения.

Фермы, как и балки, работают на поперечный изгиб. Конструктивные формы балок проще, однако при достаточно больших пролетах применение ферм оказывается более экономичным. Характерные схемы решеток ферм показаны на рис. 12.7. Треугольная (а) и раскосная (б) схемы являются основными. Фермы, воспринимающие нагрузки по верхнему или нижнему поясу, с целью уменьшения длины панели изготовляют по схемам, изображенным на рис. 12.7,в, г. Иногда применяют безраскосные фермы с жесткими узлами (рис. 12.7,6). По очертанию поясов фермы могут быть с параллельными поясами или с поясами, образованными ломаной линией (рис. 12.7,е). По назначению фермы разделяют на стропильные и мостовые.

Стропильные фермы работают при статической нагрузке. В качестве стержней используют главным образом прокатные и значительно реже гнутые замкнутые сварные профили и трубы.

В общем объеме производства фермы из парных прокатных уголков составляют около 90%. Стержни в узлах соединяют либо непосредственно, либо с помощью вспомогательных элементов главным образом дуговой сваркой. Перспективно применение точечной контактной сварки. Из-за статического характера нагружения стропильных ферм чувствительность к концентрации напряжений в точечных соединениях мала; в то же время контактная сварка обеспечивает значительное повышение производительности сборочно-сварочных работ.

Рис. 12.7. Схемы решеток ферм

Мостовые фермы работают при переменных нагрузках и нередко при низких климатических температурах, что определяет высокую чувствительность их сварных соединений к концентрации напряжений. Поэтому в процессе проектирования и изготовления сварных мостовых пролетных строений особое внимание уделяют предотвращению и устранению концентрации напряжений в сварных соединениях и узлах.

Решетчатые пролетные строения с ездой понизу применяют главным образом для железнодорожных мостов. Для автодорожных мостов более характерно использование стальных и стале — железобетоиных сплошностенчатых пролетных строений с ездой поверху.

Пространственные решетчатые конструкции башенного типа (радиомачты, радиобашни, буровые вышки и т. д.) вследствие большой высоты подвергаются значительным ветровым нагрузкам, поэтому их изготовляют преимущественно из трубчатых элементов. Поскольку размеры этих конструкций превышают габарит железнодорожного подвижного состава, их монтируют из сваренных на заводе секций. Основные стойки башни располагаются по углам граней секций и являются поясами плоских ферм. Стойки составляются из отдельных труб стандартной длины и через приваренные к их торцам фланцы соединяются между собой болтами.

В особенно трудных условиях работают буровые вышки для добычи нефти и газа в открытом море на глубинах порядка 150— 200 м. Помимо ветровой они испытывают значительные нагрузки от ударов волн. Поэтому в этих конструкциях используют

трубы больших диаметров. Так, опоры буровых вышек для добычи нефти в Северном море на глубинах более 150 м сооружают из труб диаметром до 4270 мм при толщине стенок до 64 мм.

Мачты линий электропередачи также являются пространственными решетчатыми конструкциями, но для их изготовления

используют прокат в виде уголков.

К решетчатым конструкциям следует отнести и сварные элементы арматуры железобетона: сетки, плоские и пространственные каркасы. Сетки из взаимно перпендикулярных стержней круглого или периодического профиля, соединяемых контактной сваркой, могут быть рулонные (рис. 12.8,а) и плоские (рис. 12.8,6). Их назначение — армирование плит перекрытий, перегородок, покрытия дорог, аэродромов, каналов и других элементов конструкций и сооружений. Типы сварных каркасов разнообразны. Плоские каркасы

используют в балочных перекрытиях (рис. 12.9), они состоят из продольной арматуры (поясов) и соединительной решетки в виде отдельных стержней или непрерывной змейки. Плоские каркасы, как и сетки, сваривают на точечных контактных

Рис. 12.10. Негабаритные емкости:

а — вертикальный цилиндрический резервуар; б — мокрый газгольдер; в — сухой газгольдер; г — сферический резервуар;

машинах. Пространственные каркасы обычно имеют поясные продольные стержни и соединительную решетку либо в виде отдельных стержней, располагаемых по каждой из граней, либо в виде непрерывной проволоки, навиваемой по спирали.

2)!!!1. Анализ конструкции изделия

.1 Назначение, особенности и условия эксплуатации сварной конструкции

Балки двутавровые больше известны как элементы перекрытий каркасов промышленных зданий, имеющих большие пролеты. Их используют также при возведении мостов и других подвесных путей, колонн и другого во всех тех местах, где присутствуют повышенные нагрузки и им необходимо противостоять. Они воспринимают нагрузку от вертикального поперечного воздействия, которая одновременно отражается на стенах, колоннах и других опорах.

1.2 Материал сварной конструкции, количество конструкционных элементов, габаритные размеры конструкционных элементов, толщина металла

Для выбора материалов для сварных конструкций, рассматривают следующие вопросы:

обеспечение надежности эксплуатации конструкции при заданных нагрузках, агрессивных средах и переменных температурах;

область применения выбранной марки стали;

обосновав выбор марки стали, необходимо указать химический состав и механические, технологические и физические свойства стали.

Балка двутавровая изготовлена из стали мари 10ХСНД. Расшифровка стали 10ХСНД: 0,10% углерода, до 1% хрома, до 1% кремния, до 1% никеля, до 1% меди. Сталь конструкционная низколегированная для сварных конструкций. Элементы сварных металлоконструкций и различные детали, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от -70 до 450 °С.

Балка двутавровая чертеж № КР 00.00.00СБ изготовлена с учетом следующих деталей: 2 полки (позиция 1), 1 стенка (позиция 2), 4 ребра жёсткости (позиция 3).

Размеры балки двутавровой: длина 4000 мм, ширина 600 мм, высота 600 мм. Толщина деталей 8 мм.

1.3 Характеристика основного металла по химическому составу

Сталь марки 10ХСНД конструкционная низколегированная для сварных конструкций. Применяется в элементах сварных металлоконструкций и различных деталях, к которым предъявляются требования повышенной прочности и коррозионной стойкости с ограничением массы и работающие при температуре от -70 до 450 °С.

Таблица 1. Химический состав стали марки 10ХСНД

Химический элемент%Кремний (Si)0.8-1.1Медь (Cu)0.4-0.6Мышьяк (As), не более0.08Марганец (Mn)0.5-0.8Никель (Ni)0.5-0.8Фосфор (P), не более0.035Хром (Cr)0.6-0.9Азот (N), не более0.008Сера (S), не более0.040сварка балка двутавровый шов

1.4 Характеристика основного металла по механическим свойствам

Механические свойства описывают и объясняют способность того или иного металла осуществлять сопротивление на силовые факторы из внешней среды. И соответственно есть числовые показатели, указывающие степень сопротивления того или иного металла. К основным механическим свойствам металлов и сплавов на сегодняшний день относят твердость, прочность, и ударную вязкость. Величины этих свойств определяют во время опытов, предусматривающие силовую нагрузку на металл или сплав.

Твердость - способность стали сопротивляться проникновению в нее других твердых тел.

Прочность - способность материала выдерживать внешнюю нагрузку без разрушения.

Ударная вязкость - способность стали противостоять динамическим нагрузкам.

Таблица 2. Механические свойства стали марки 10ХСНД

ГОСТСостояние поставки, режим термообработкиСечение, мм?0,2 (МПа)?в (МПа)?5 (%)19281-73Сортовой и фасонный прокатДо 15 вкл.3905301918282-73Листы и полосы в состоянии поставки (образцы поперечные)Св. 15 до 32 вкл. Св. 32 до 40 вкл.390 390530 53019 1917066-80Листы горячекатныеОт 2 до 3,9 вкл.-53015

?0,2- предел текучести условный, МПа

?в- предел прочности при растяжении, МПа

?5- относительное удлинение после разрыва, %

1.5 Характеристика основного металла по свариваемости

Свариваемость - это свойство металлов образовывать неразъемные соединение.

Углерод (С) - одна из важнейших примесей, определяющая прочность, пластичность, закаливаемость и др. характеристики стали. Содержание углерода в сталях до 0,25% не снижает свариваемости. Более высокое содержание "С" приводит к образованию закалочных структур в металле зоны термического влияния и появлению трещин.

Сера (S) и фосфор (P) - вредные примеси. Повышенное содержание "S" приводит к образованию горячих трещин <#"justify">2. Выбор и обоснование выбора способа сварки конструкции

.1 Выбор и обоснование выбора сварочного оборудования

Для сварки балки двутавровой применяется полуавтомат сварочный «Урал-3». Сварочные полуавтомат совместно с источником питания должны обеспечивать устойчивое течение и поддержание заданных режимов в процессе сварки.

Полуавтомат состоит из подающего механизма, источника питания, шкафа управления, универсального унифицированного держателя, сварочного шланга, газового редуктора с расходометром и подогревателем газа.

Полуавтомат служит для подачи электродной проволоки, защитного газа, через унифицированный держатель в зону сварки.

Кассета служит в качестве емкости для электродной проволоки.

Подача осуществляется подающими и прижимными роликами. Усилие прижатия проволоки обеспечивается с помощью прижима, расположенного в верхней части корпуса механизма подачи. Изменение скорости подачи электродной проволоки производится поворотом маховиков, расположенных на передней стенке механизма подачи.

Держатель унифицированный предназначен для подвода в зону сварки защитного газа, сварочного напряжения и электродной проволоки.

Техническая характеристика "Урал-3":

напряжение питания, 50 В;

номинальный сварочный ток, 500 А;

диаметр стальной порошковой электродной проволоки, 1,6-3,2 мм;

диаметр сплошной электродной проволоки, 0,8-2,0 мм;

потребляемая мощность электродвигателя, 120 Вт;

скорость подачи проволоки, 1,8-16 м/мин;

длительность продувки газа после сварки, 1-11 сек;

тип разьёма горелки - KZ-2;

диаметр кассеты проволоки, 300 мм;

масса проволоки в кассете, 15 кг;

габаритные размеры, 580х200х450;

масса без кассеты, 9 кг.