книги из ГПНТБ / Сагалевич, В. М. Методы устранения сварочных деформаций и напряжений

Тогда

Для того чтобы не было опасности потери устойчи­ вости, И. П. Трочум установил, что остаточные напря­ жения сжатия в листах должны быть, по крайней меое. в 1,7 раза меньше критических [33], т. е.

ä ; 1511 кгс/см2.

Итак, необходимые напряжения растяжения долж­ ны составлять стр = 0,63атТогда, согласно формуле (7), в активной зоне остаточные напряжения растяжения бу­ дут равны

В случае сварки ненапряженных листов в зоне пла­ стических деформаций напряжения достигают предела текучести сгт= 2400 кгс/см2 и в соответствии с форму­ лой (19) напряжения сжатия в остальной части листа имеют среднее значение:

Б. Расчет растягивающих усилий. При напряжениях растяжения ар= 0,63ат удлинение листов, согласно фор­ муле (1 2 ), будет равно:

Вполне естественно, что наиболее неблагоприятным случаем является равномерное растяжение листов по

100

меньшие усилия растяжения, может служить основанием

тем, что по мере удаления от шва напряжения растя­ жения переходят в сжимающие не скачком, а постепен­ но в некотором интервале. Это еще в большей степени способствует эффективности предварительного растя­ жения.

Например, при наплавке валика па кромку, когда активные силы могут быть созданы приложением внеш­ него момента, обратного сварочному по знаку, ширина зоны пластических сварочных деформаций уменьшается вдвое по сравнению со сваркой в свободном состоянии, если внешний момент создает на кромках пластины на­ пряжения, равные 0,5 от. При этом происходит полное устранение деформаций, а в стороне, противоположной шву, образуется зона пластических деформаций укоро­ чения, равная примерно зоне усадки в области шва. На­ пряжения в области шва снижаются па величину, со­ здаваемую внешним моментом. В свободном состоянии

оказывается после полного остывания несколько удли­ ненной по сравнению с первоначальным досварочным состоянием. После снятия внешней нагрузки удлинение пластины уменьшается на величину, соответствующую снятой нагрузке, так что окончательно после освобож­ дения из приспособления пластина имеет незначитель­

тальных исследований влияние активных сил на оста­ точные деформации и напряжения можно охарактери­ зовать следующими положениями.

1. Снижение деформаций происходит за счет уме шения ширины зоны пластической деформации в обла­ сти шва и образования зон пластических деформаций на участках, наиболее удаленных от шва: укорочения —

102

остаются темн же самыми. Увеличивается лишь вели­ чина необходимого для достижения того же эффекта внешнего усилия.

Несмотря на снижение остаточных деформации укороченпя и устранение изгиба, полпого устранения оста-

устранение деформаций. Поэтому там, где возможность возникновения хрупких разрушений не вызывает опа­ сений, устранение напряжений методом активных сил следует считать второстепенной задачей.

УСТРАНЕНИЕ ДЕФОРМАЦИЙ ПРОФИЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Наиболее целесообразная область применения мето­ да активных сил для профильных элементов — это изго­ товление профилей, панелей с наборами различной фор­ мы и других элементов, в которых сварной шов распо­ лагается таким образом, что создает изгиб относительно одной из главных осей инерции сечения. Очевидно, при­ ложение обратного внешнего момента в этом случае мо­ жет компенсировать сварочные деформации изгиба. Но возникающее от сварки усадочное усилие действует па полное сечение профиля, в то время как предваритель­ ные растягивающие усилия могут быть приложены к от-

104

дельным элементам перед сваркой. Причем могут из­ меняться как величина, так и характер приложения внешних усилий. Рассмотрим особенности действия ак­ тивных сил при сварке профильных элементов таврово­ го и двутаврового сечений сплошным проплавлением одного из элементов сечения (полки).

После сварки таких профилей в зажимном приспо­ соблении, обеспечивающем фиксацию полки относитель­ но стенки, возникают общие деформации продольного изгиба, а в случае тонкостенных профилей — и потеря устойчивости по кромкам полок и стенок. Внешние уси­ лия должны быть приложены перед сваркой таким об­ разом, чтобы создавать некоторую деформацию, обрат­ ную сварочной, т. е. для профилей таврового сечения необходимо обеспечить обратный изгиб в направлении продольной оси.

Ввиду того, что сечение не монолитно в момент ра­

деформаций, если растяжению подвержена только стенка.

Приложение растягивающего усилия Р (рис. 42, д) вдоль нейтральной оси стенки перед началом сварки приводит к некоторому удлинению без изгиба. Напря­ жения растяжения являются равномерными по всему сечению стенки. В процессе сварки сечение ослабляется при движении источника теплоты за счет появления зо­ ны термопластичное™. Это приводит к местному внецентренному растяжению и образованию деформаций изгиба в данном сечении, интегральное значение кото­ рых может быть выражено некоторым углом <рі. Зная режим сварки, температурное поле, в стенке тавра опре­ деляют ширину зоны термопластичности. Суммарный угол поворота от растяжения стенки и ее ослабления сваркой в первом приближении может быть определен

1 Подробное исследование этого вопроса рассматривается в диссертации Шамотко Е. Г.

105

жение полки вдоль ее нейтральной линии должно умень­ шить общую деформацию профильного элемента.

Снятие растягивающего усилия (или, что то же са­ мое— приложение обратного усилия к сваренному про­ филю) после сварки (рис. 42, о/с) дает качественно тот

Рис. 42. Варианты приложения усилий (а, б, в) к сечению тавра (г) ’при сварке сплошным проплав­ лением и определение деформации изгиба при ра­ стяжении стенки тавра (д) под действием усадоч­ ного усилия (г), после снятия растягивающих про­

филь усилии (ж)

же эффект, что и досварочное растяжение стенки. Угол поворота фз имеет, так же как и фь знак, противополож­ ный ф2 . Очевидно, что от соотношения углов поворота, возникающих в результате растяжения, сварки и снятия нагрузки, в решающей степени зависит величина оста­ точной деформации. В свою очередь, углы поворота фі

ифз зависят как от величины усилия растяжения Р, так

иот точки его приложения по высоте стенки и режимов сварки. Рассмотрим влияние этих параметров на при­ мере.

Пример. Определить изменение остаточных деформаций и на­ пряжений в профиле (рис. 42, г), свариваемом сплошным проплав­ лением на режиме: сила тока 60 А, напряжение 12 В, скорость

106

св ар к и 24 м /ч . М а т е р и а л п р о ф и л я — т и та н о в ы й сп л а в . Р а с т я ж е н и ю п о д в е р г а е т с я ст ен к а , точ к а п р и л о ж е н и я у си л и я Р и е г о в ел и ч и н а

^5 =0,5см

-3J7p

107

равны поабсолютной величине, но противоположны по знаку. При

видно, смещая точку приложения растягивающего усилия вверх от нейтральной осп ближе к сварному шву, мы уменьшаем величину требующегося для растяжения усилия. Для каждой точки приложе­ ния усилия нетрудно определить и остаточные напряжения (рис. 43, б), изменяющиеся в довольно широком диапазоне как по величине, так и по знаку.

Прогиб балки (угол поворота) зависит от величины усилия растяжения. Причем изменение места приложе­ ния усилия увеличивает или снижает чувствительность растягиваемого элемента к величине усилия. Для рас­ смотренной выше балки приложение усилия по нижне­ му краю стенки (у = 4 см) не снижает, а, наоборот, уве­ личивает остаточные деформации; усилие, приложенное в промежутке между у = 2,5 и 3 см, вообще не окажет влияния на сварочные деформации, т. е. будет абсо­ лютно бесполезным (рис. 44,а). Для получения нулево­ го прогиба в случае приложения растягивающих усилий

нецелесообразно, так как и остаточные напряжения в этом случае увеличатся по сравнению со сварочными, или во всяком случае возрастет объем остаточного пла­ стического укорочения (рис.^44,б). Если возникает во­ прос о выборе места приложения усилия и его величи­ ны, то следует иметь в виду, что наиболее целесообраз­ но растягивать стенку как можно ближе к месту нало­ жения сварного шва, но при этом необходимо строго соблюдать постоянство растягивающего усилия. Превы­ шение его может привести к деформациям, обратным по знаку сварочным.

Основные закономерности, приведенные выше, в ос­ новном справедливы и для профилей другого очертания. Однако основная область применения метода активных

108

ПРИМЕНЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКОГО ВИБРИРОВАНИЯ ДЛЯ УМЕНЬШЕНИЯ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ

За рубежом все большее распространение находит вибрационный способ снятия остаточных сварочных на­ пряжений в сварных конструкциях. Сущность способа заключается в создании в сварных конструкциях (после сварки) переменных напряжений определенной величи­ ны с помощью механических вибраторов. Вибрирование, как правило, осуществляется на резонансных и близких к резонансным частотах в течение определенного про­ межутка времени.

В отдельных случаях вибрирование применяется взамен термообработки, что экономичнее примерно в 1 0 раз, так как имеет ряд следующих существенных преимуществ:

1. Необходимое для этого оборудование являет универсальным для различных конструкций, компакт­ ным и переносным.

109