Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Кузьминов С.А. Сварочные деформации судовых корпусных конструкций

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

24.10.2023

Размер:

10.12 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 2911 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

отсюда

а2а

Угловая деформация равна удвоенному углу поворота конца кон соли под действием изгибающего момента М т и реакции плиты Р

Подставив значения Л4ИЗ и Р, получим формулу (155). Угловые деформации обшивки от приварки набора будут меньше

при наличии перекрестных балок по сравнению с приваркой набора одного направления. Перекрестные балки раскрепляют обшивку и снижают этим угловые деформации.

Чем меньше относительное расстояние между балками одного направления И26, тем меньше будут угловые деформации от приварки балок другого направления.

Влияние перекрестных балок (поперечного раскрепления) на угло вую деформацию обшивки от приварки набора приближенно можно учесть коэффициентомКж, определяемым по графику (рис. 65) в зави симости от t]26. В этом случае угловая деформация равна произведе нию величины Р, определенной по графику (рис. 47), на коэффи циент Кж-

Поперечное раскрепление также уменьшает поперечное укороче ние сварных соединений. Кроме этого, на поперечные деформации оказывают существенное влияние такие факторы, как предваритель ные напряжения в свариваемых элементах, скорость сварки, искус ственное охлаждение.

Рассмотрим влияние этих факторов на поперечные деформации.

§ 16

Влияние закрепления на поперечное укорочение

Пусть имеется бесконечно большой лист толщиной 6, посередине которого приварено сплошным швом ребро (рис. 48). На лист пер пендикулярно ребру наплавим валик.

На значительном расстоянии от ребра (х > 256) поперечное укорочение листа от наплавки валика определяется, как для сво бодного листа *.

Поперечное укорочение листа над ребром будет меньше, чем для свободного листа, за счет обратных пластических деформаций растя жения, которые возникают при остывании.

Определим погонный объем поперечного укорочения части тон-

кого листа	> 820	приваренным ребром.
\	О, 1

* По аналогии с теорией изгиба балок, где принимается ширина присоединен ного пояска, вовлекаемая стенкой в сопротивление изгибу, равной 505, т. е. участки листа на расстоянии от стенки * > 256 работают независимо от стенки.

101

На рис. 49 показаны кривые максимальных температурных деформа ций листа от линейного быстродвижущегося источника.

Рассмотрим деформации сечений балки, расположенных на раз личных расстояниях от шва (рис. 49).

В сечениях у >> ун остаточные пластические деформации не появ ляются, так как упругие деформации в процессе нагрева не дости гают es.

5п

Рис. 48. Влияние приваренного ребра на поперечное укорочение стыкового шва обшивки.

w t , w 2 и 12>з — погонные объемы укорочения по сечениям /■—/; 2 — 2 и 3 — 3.

В сечении у = ун температурные	деформации таковы,	что еуп
достигает es, т. е.
ен = аТн = es +	Czc + во,	(156)

где zc — расстояние от центра тяжести сечения балки до середины толщины полки, см;

С— изменение кривизны сечения балки, вызванное темпера турными деформациями, 1/см;

е0 — деформация центра тяжести сечения.

В сечениях г/к <	у < у н появляются			пластические деформации
укорочения, которые возрастают с уменьшением у,
	аТ ~ es + Czc + б 0			+ епл.		(157)
В сечении у -- ук пластические деформации					укорочения	дости
гают величины
и, следовательно,	впл	— es +	Czc +	е0
и, следовательно,
ек =	аГк =	2 (es +	Czc +	е0) -	2ен.	(158)

В сечениях у < ук пластические деформации укорочения прево сходят значения 2 (es + Czc + е0), т. е. здесь будут возникать обрат ные пластические деформации удлинения.

102

Пн

Шов

Рис. 49. Деформация сечений балки, расположенных на различных рас стояниях от шва.

ЮЗ

Погонный объем поперечного укорочения листа над ребром

W : б J 2yd sT,	(159)
Ен
где б — толщина листа, см;
Ек
\| 2у deT— заштрихованная площадь на рис.	49.

е н

Подставляя значение у из формулы (52, а) и интегрируя с учетом (158), получим

w = 0,335	qIh пк т	(160)
Следовательно, для участков шва над приваренным ребром		=

=0,335

Судалением шва от ребра влияние закрепления на образование обратных пластических деформаций уменьшается и соответственно

увеличивается коэффициент £ и погонный объем поперечного уко рочения.

АА . . А __

Рис.	50. Стыковое сварное	соедине	Рис. 51. Зависимость К = —■2—		от	t!26
ние,	раскрепленное перед	сваркой
				а/су
	приваренными ребрами.		при	к а = Кб = Kv = К»= 1	И	/с,
/ — с т ы к о в о й ш ов; 2— р е б р а ж е с т к о с т и ,
				= ^ = 0 .

п р и в а р е н н ы е с п л о ш н ы м ш вом .

В случае наплавки валика на тонкий лист, раскрепленный не


сколькими параллельными ребрами (рис. 50), коэффициент							зависит
от . относительного		расстояния между				приваренными	ребрами
При ±	= 1 V =	0,335 ±		К%, а при
На рис. 51 приведена зависимость К --						от А	ПрИ есте
ственной	теплоотдаче		и при	рт)0ф0	^	820 кал/см3.
* Принято К(, — Kv =			Ка = 1	и Кс = /Сц =	о.

104

График (рис. 51) построен на основании графоаналитических рас

четов W при разных значениях ~ .

При наплавке валика на толстый лист ( рЛофо-пЬ5 < 82 кал/см3)

поперечное раскрепление ребрами мало сказывается на поперечном укорочении, так как волокна под швом являются более жестким раскреплением, чем поперечные ребра. В этом случае, как было

показано	выше,	£ '=	0,255 -*^.
При		*	су
При	частичном		прогреве
(82 кал/см3 <		рт)0ф0	<

< 820 кал/см3) влияние раскреп ления ребрами на коэффициент может быть определено плавкой интерполяцией между крайними

значениями \|'= 0,255 —	и зна-
су	графи
чениями, определяемыми	графи

П РЛо1! о	^ и ^2б. при	Kv —
= К0 = Кь = Кя = 1 и Кс =		0.

ком на рис. 45. На рис. 52 приведены кривые зависимости			— от
			су
РЛоФо ^	и 2Ф при	~ °-85-

§ П

Влияние скорости сварки на поперечное укорочение

Если лист при наплавке валика теряет устойчивость (выпучи вается перед источником), а это происходит, когда безразмерный кри

терий	потери устойчивости ф	ОVсв	>	1	(см. §33),	определить попе-
					представляется возможным.
речные деформации расчетом пока не
Если потеря устойчивости исключена (внешним закреплением
или в	случаях, когда ф - < Ч )		,	уменьшение		скорости сварки

Гсв может вызвать уменьшение поперечного укорочения, особенно при большом коэффициенте температуропроводности (а).

При —>0 впереди лежащие участки тонкого листа * служат

закреплением для нагреваемых участков и вызывают обратные пла стические деформации. По аналогии с закреплением поперечными ребрами в этом случае

£ '= 0,335 —			0,285 — .
=	’	су А	’	су

* Случай, когда ДТ]оФо^^/> 820 кал/см3.

105

При относительно больших скоростях сварки

>■ 1

для всех судокорпусных материалов, кроме алюминиевых сплавов, свариваемых вручную, влияние скорости сварки на поперечное уко

рочение можно не учитывать и £ '=

При относительно малых ско

ростях сварки < 1 — ^ необходимо учитывать влияние ско

рости на коэффициент £, которое приближенно учитывается коэф(|и- циентом Ку в общей формуле для определения коэффициента £

(см. § 21).

§ 18

Влияние начальных напряжений на поперечное укорочение

Влияние поперечных напряжений, создаваемых внешней нагруз кой или закреплением. Как отмечалось, при наплавке валика на лист большой толщины, т. е. при отсутствии прогрева листа

< 8 2 кал

образование поперечных укорочений происходит качественно и ко личественно аналогично образованию продольных укорочений.

Следовательно, для этого случая влияние начальных напряжений на поперечное укорочение определяется коэффициентом Ко, который находится по графику рис. 32.

В данном случае коэффициент Ко зависит только от величины

начальных поперечных напряжений	в нагреваемых волокнах.
При наплавке валика на тонкий	лист, когда рг\|0ф0 •?g3n Ss

820 кал/см3, влияние начальных напряжений на поперечное уко рочение является более сложным и зависит не только от величины поперечных напряжений, но и от размеров листа и режима сварки.

При наплавке валика на тонкий лист бесконечного размера и закрепленного против потери устойчивости начальные поперечные напряжения (о) вызывают пластические деформации и относитель ные перемещения точек зоны нагрева за источником вследствие того, что материал, нагреваясь, теряет свои упругие свойства (рис. 53). Эти перемещения возникают на участке шва, за источником, где пре дел текучести становится меньше начальных поперечных напряже ний.

Определим величину относительного поперечного пластического смещения в зоне нагрева (АЬа), вызываемого внешней нагрузкой.

Из теории прерываемых связей *

Д&0 = 4

/0,

(161)

* Шиманский Ю. А. Проектирование прерывистых связей судового корпуса, Судпромгиз, 1949 г., стр. 154.

106

где Аba — мйкСйМаЛьнбё бтйбсиТельйбё йлаСтическое смещение

точек	шва	посередине / 0, вызываемое внешней нагруз
кой а,	см;

Iо — условная длина шва за источником, на которой принимаем напряжения а = 0, см.

Рис. 53. Эпюра напряжений по линии шва в процессе на плавки валика.

О — положение источника;	1 — начало	приобретения швом упру
гих свойств; 2 — точка шва,	где предел упругости металла шва до
стигает величины начальных напряжений		в листе; 3 — наплавлен
	ный валик.

Принимая линейный закон изменения предела текучести на уча стке (ха — лг0), получим (см. рис. 53):

		+ Х0).			(162)
Подставляя (162) в (161), получим:
	АЬа — 2 —g- (ха -\|- а'о).				(163)
Значения ха и х 0 определяются		из формулы			для температуры
точек шва за источником [90]:
'Г (х) -	Яп. п	ехр	2а0х	\	(164)
'Г (х) -		ехр			(164)

V субРсв/ '

4яЯсу:

Зная а, из графика зависимости 0Т от температуры для данного материала определяем Та.

107

Подставив значения Тпл и Та в формулу (164), получим соответ ствующие значения х 0 и ха методом последовательного приближения или графически.

Если напряжения от внешней нагрузки относительно малы (о <

< 0,5от), теплоотдачей с		поверхности		листов	можно пренебречь
и значение exp ( ------ rf—)		в формуле (164) принять равным 1.				Тогда
значения х можно определять по более простой формуле:
		х =	^ЯП1 . ПКСВV			(165)
			4лХсу82Т2
Итак, для случая наплавки валика на большие тонкие листы
поперечные деформации
АЬ = AbCB-	Ab0 =		Y	- 2 ^ -	(ха + х0).	(166)
Следовательно, для этого случая
К — 1	__ 1		2а (ха +'Х„)			(167)
			а
А°	Дбсв"” 1			Я и . П (1 +	Кц)
			су

Формула (167) выведена для очень длинных и широких листов, но она может быть использована и при длине листов / >> 50хо и ft >

2 (хя х 0).

Чтобы не было обратных пластических деформаций при остыва

нии, ширина закрепленных		листов* должна быть:
а	дп.	9гг	*0)
		(1 + К1Х) - - Ё- (х„ +
су	6	а	(168)

		1Г

Если ширина листов будет меньше значения, определяемого по формуле (168), то при остывании напряжения достигнут предела те кучести, и возникнут обратные пластические деформации удлине ния. Поперечное укорочение при этом

АЪ = с- ^ - Ь .	(169)
В этом случае
* • = ! - £ ■	<17°)

Если листы короткие, нагрев при наплавке валика вызывает значительное изменение напряженного состояния как в зоне нагрева за источником, так и в зоне перед источником. Формулой (167) при этом пользоваться нельзя.

Рассмотрим несколько частных случаев определения Ка Для тонких листов малых размеров, на которые производится наплавка валика.

При этом всегда будет Ь^> 2 (ха + х0).

108

1.	Длина листа		(размер вдоль					шва)		1 ^ х 0. Предварительные
напряжения полностью снимаются, а остаточные поперечные де
формации
	АЪ = АЬсв-		ЛЬо = ^				V	О + ■)- X			(171)
где b —■ширина листа с				предварительным						поперечным	напряже-
	нием а (расстояние между закреплениями), см.
Для этого случая
	Ка = 1 -		^	=		1 ------------- ----------- .					(172)
2.	Длина листа	находится				в пределах
				х 0 ^		I	ха.				(173)
Принимая изменение предела текучести в интервале температур
Тпл ~ Та линейным,		получим:
	46 = A6c. - M „		=	i S		^	( l +	^	-	^ ( 1 + i )	(174)
И
		Ка = 1				а Яп. п		(1 +	Кц)		(175)
				2 Е		а Яп. п
				2 Е		су	6
3.	Длина листа находится				в пределах:
			Ха «S		I	«S					(176)

Для данного случая в процессе наплавки валика (перемещения источника) напряжения по сечению шва непрерывно изменяются. Напряжения в сечении перед источником непрерывно увеличиваются вследствие того, что сечения за источником теряют упругие свой ства и перекладывают воспринимаемую ранее нагрузку на впереди лежащие участки сечения. Поэтому пластические относительные деформации, вызываемые внешней нагрузкой, увеличиваются от начала к концу шва. Следовательно, для данного случая значения Ка будут разными для начала, середины и .конца шва.

Значение Ка в общем случае при наплавке валика на тонкий лист при любом значении длины шва можно определять по формуле*:

К а=	1	2а (Хд + *0)	Г j	(177)

где m — коэффициент, учитывающий влияние длины листа на по перечные деформации, вызываемые предварительными

поперечными напряжениями (а).

* При этом имеется в виду, что ширина листов значительная, т. е. Ь^>

~	(1 + К») — 2а (ха + х0)
> —Г----------------------------------	------- и не происходят обратные пластические
	сгт — о

деформации.

109

Формула (177) объединяет й себе формулы (167) и (17&).

При IIха — оо, т = 0 формула (177) превращается в формулу

(167).

При llxa ^ 1, т = 1 формула (177) превращается в формулу (175).

Значение коэффициента т			определяется по графикам на рис. 54,
которые	построены	плавной	интерполяцией	между	крайними зна
чениями	т = 1 при	Иха <	1 и я = 0 при	Иха =	оо с использо-

Рис. 54. Зависимость коэффициента т от 1/ха.

	( • ) --------------начало		шва; (X) —	— — середина шва;
		(О)	— • —•----- конец	шва.
ванием данных следующего эксперимента. Лист размером						6200 X
X 1420x8	мм подвергали периодическому растяжению по					длине,
создавая	напряжения в	листе, равные 0,20сгт;			0,30ат; 0,40сгт, 0,50ат
и 0,60 ат.	При данных	напряжениях		валики	наплавляли	поперек

листа от кромки до кромки (рис. 55). Сняв нагрузку, определяли поперечное укорочение от каждого валика. Результаты замеров при ведены на рис. 56.

Результаты эксперимента подтвердили теоретические соображе ния, изложенные выше, и позволили уточнить кривые т на рис. 54. Исключением явилось удлинение на участке 1—5 шва VI. Этот шов сваривался с перерывом. Участок 1—5 сваривался после пол ного остывания участка 5—13.

Из графиков (рис. 56) видно, что внешняя нагрузка оказывает значительное влияние на поперечные укорочения и что при опреде ленных условиях в сварном соединении могут возникнуть вместо укорочений удлинения*. По формуле (177) можно определять Ко как для середины шва, так и для начала и конца шва. На рис. 57 приведены кривые зависимости Ка от о/аТ для некоторых частных случаев.

* Влияние напряжений на поперечные деформации используют на практике для уменьшения угловых деформаций (см. § 39).

110

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1011 / 2911 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ