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

4800

Рис. 55. Схема наплавки валиков на растянутый лист.

/, II, . . очередность наплавки валиков; /, 2, 3, . . — базы замера поперечных деформаций; __*. — направление сварки; а — захваты; I — наплавка при о = 0,2 с^. II — наплавка при а = 0,4<тт; IIJ — наплавка

при а = 0,6ат; IV — наплавка при а = 0; V — наплавка при о = 0,3ат : VI — наплавка при о = 0,5ат; VII — наплавка при а = 0.

ЛЬ, м м

Рис. 56. Изменение поперечных деформаций (&Ь) по длине шва при раз­ личных предварительных напряжениях в листе.

ш

(Р'Фо'По-’р 1 > 820 кал/см^ — по формуле (177).

При частичном прогреве ^82 кал/см3 <рг[\/г]0‘^ Д < 820 кал/см3

Формула (178) представляет собой плавную интерполяцию край­ них значений коэффициента Ка (отсутствие прогрева и сквозной прогрев). Используя графики (рис. 54) и формулы (177) и (178), можно определять поперечные укорочения сварных соединений в любом сечении по длине шва.

Влияние напряжений, вызванных наплавкой предыдущих вали­ ков* При наплавке валиков на закрепленный лист можно, зная жесткость закрепления и режим сварки, определить средние напря­ жения в листе, создаваемые наплавкой первого валика.

Определив средние поперечные напряжения, созданные наплавкой первого валика, можно по методике, изложенной в настоящем пара­ графе, найти значение Ка Для каждого последующего валика или шва и в конечном счете определить остаточные поперечные напряже­ ния и укорочения от сварки всех соединений.

1 1 2

При сварке свободных (незакрепленных) листов поперечные напряжения по сечению сварного соединения уравновешены, т. е. средние напряжения по сечению равны нулю и методика, изложен­ ная выше, становится непригодной для случаев многопроходной сварки свободных листов.

При определении поперечных укорочений от сварки последую­ щих проходов многопроходного сварного соединения необходимо знать величину и распределение по сечению остаточных напряжений, вызванных наплавкой предыдущих валиков.

Величина возникающих поперечных напряжений при наплавке валика на свободный (незакрепленный) лист зависит, главным обра­

в зоне нагрева возникают остаточные поперечные и продольные напряжения, равные пределу текучести (рис. 20), которые уравно­ вешиваются напряжениями в нижних волокнах сечения. Наплавка последующего валика на предыдущий приводит к увеличению зоны пластических деформаций на величину площади сечения наплавлен­ ного металла, и погонный объем поперечного укорочения от наплавки

последующего валика будет равен Awt = %Fltann = es

В данном случае объем поперечного укорочения определяется одним проходом, имеющим максимальную погонную энергию нагрева свариваемых элементов, и объемом укорочения наплавленного ме­ талла всего шва, т. е.

шва, см2.

При одинаковой погонной энергии всех проходов коэффициент Ка для второго и последующих проходов сварного соединения равен нулю.

При наплавке валика на тонкий свободный лист (рФо'По^г3^

/> 820 кал/см3) возникают поперечные напряжения, одинаковые по толщине листа и уравновешенные по длине шва. Эти напряжения не вызывают изменения среднего поперечного укорочения сварного соединения от наплавки последующего валика, а только перерас­ пределяют поперечное укорочение по длине шва. Поэтому пока

будет сквозной прогрев, т. е. пока рфот1о ^ л > 820 кал/см3 для

второго и последующих проходов, Ка будет равен единице. Погонный объем в этом случае для каждого прохода определяется

напряжений зависит от степени прогрева. Чем меньше прогрев листа

11?

при наплавке валика, тем больше поперечные напряжения растяже­ ния в зоне нагрева. Следовательно, при наплавке следующего валика на предыдущий объем поперечного укорочения будет зависеть от степени прогрева при наплавке предыдущего валика, а именно, чем меньше прогрев при наплавке предыдущего валика, тем меньше будет коэффициент К а для последующего валика.

На рис. 58 приведен график зависимости К0 от степени прогрева листа предыдущим валиком, определяемого параметром

ФоЛоР Чп-" «-ъ .

Рис. 58. График для определения коэффициента Ка при многопро­ ходной сварке в зависимости от степени прогрева предыдущего прохода (для первого прохода Ка — 1).

Одновременно с уменьшением степени прогрева при наплавке валика увеличиваются поперечные напряжения и упругие деформа­ ции в наплавляемом металле шва. Эти деформации будут увеличи­ вать объем поперечного укорочения каждого прохода

Следовательно, погонный объем поперечного укорочения от /-го прохода при многопроходной сварке в данном случае определяется по формуле

При многопроходной сварке X- и V-образных соединений степень прогрева свариваемых элементов при наплавке предыдущих валиков непрерывно уменьшается, так как высота рабочего сечения сварного соединения (6г_2) непрерывно увеличивается при заполнении раз­ делки. Следовательно, Ко для последующих проходов будет непре­ рывно уменьшаться.

1 1 4

Зная элементы подготовки Кромок Сварного соединений, рёжик! сварки (площадь сечения наплавленного металла за один проход) и очередность заполнения разделки, можно определить высоту рабо-

Рис. 59. График зависимости коэффициента Ка от количества предыдущих прохо­ дов в шве при ручной сварке стыковых соединений из малоуглеродистых и низко­ легированных корпусных сталей (по режимам ОСТ5.9083—72).

"■—— при Х-образной симметричной разделке к р о м о к ;--------- — при V-образной разделке кромок.

чего сечения после наплавки каждого валика и степень прогрева

свариваемых элементов ^т]0ф0р 9п~ j от каждого предыдущего

прохода. Используя рис. 58, можно определить Ка для каждого прохода.

На рис. 59—61 приведены графики зависимости Ка от номера прохода для основных судостроительных материалов, свариваемых

Кв

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

О

Рис. 60. График зависимости коэффициента Ка от количества предыдущих проходов в шве при ручной и автоматической сварке стыковых соединений из сталей ма­

115

с соблюдением рёжимбв, рекомендуемых «Основными положени­ ями. . .» на сварку этих материалов.

Влияние продольных напряжений на поперечные деформации*

Продольные напряжения, создаваемые внешней нагрузкой (о), вызывают в листах (на достаточном расстоянии от кромок) попереч­ ные напряжения, равные ро, где р — коэффициент Пуассона. Эти поперечные напряжения оказывают соответствующее влияние на поперечные деформации.

Рис. 61. График зависимости коэффициента Ка от количества предыдущих прохо­ дов в шве при ручной, полуавтоматической и автоматической сварке стыковых соединений из алюминиевых сплавов (по режимам Основных положений

74017—445—65).

^— при Х-образной симметричной разделке кромок под автоматическую сварку;

Для определения влияния продольных напряжений на попереч­ ные деформации могут быть использованы графики (рис. 32 и 54) и формула (177), где вместо сг надо подставить рог при условии, что действительные поперечные деформации, вызываемые продольными напряжениями, запрещены.

Принимая р = 0,3, можно сделать вывод, что продольные напря­ жения оказывают в три с лишним раза меньшее влияние на попереч­

теплоотдача оказывает незначительное действие на температурное поле и ею можно пренебречь [90].

При наплавке валика на тонкий лист ^рфо'По^1 > 820 кал/см3^ теплоотдача снижает теплосодержание листов пропорционально коэф-

116

*~bx

v

фициенту e св . Для определения поперечного укорочения необхо­ димо знать теплосодержание свариваемых элементов в момент вре­

К этому моменту времени теплосодержание при искусственном охлаждении будет уменьшено по сравнению с естественным охла­ ждением пропорционально следующей величине:

поперечное укорочение определяется плавной интерполяцией между крайними значениями:

— Т0, см.

117

Ёсли искусственное охлаждение осуществляется поджатиём свариваемых листов к теплоотводящим элементам вдоль сварного соединения, то приближенно можно принять хои равным хое. В этом случае влияние искусственного охлаждения более эффективно.

Кроме этого интенсивное охлаждение может вызвать обратные пластические деформации растяжения, особенно при малых скоростях сварки, что требует специального исследования.

Экспериментально установлено, что при сварке листов толщи­ ною 6 ^ 8 мм на постели, облицованной стальными листами, с поджатием стальными балками Ки = 0,7 -=-0,8. При сварке таких же листов на постели, облицованной листами из алюминиевого сплава, с поджатием балками, также облицованными листами алюминиевого сплава, Ки ~= 0,6 -=-0,7.

§ 20

Поперечные деформации при сварке тавровых и крестообразных соединений

Поперечные укорочения при сварке тавровых и крестообразных соединений определяются так же, как и при сварке стыковых соеди­ нений. При этом необходимо иметь в виду, что поперечное укороче­ ние какой-либо связи находится в зависимости от той доли тепла источника, которая идет на нагрев данной связи. Распределение тепла источника нагрева между свариваемыми элементами (раз­ резными и неразрезными связями) приведено в § 4.

Угловые деформации разрезных связей и обшивки (пояска) при

где Pj — угол изгиба полотнища, вызываемого неравномерным по толщине полотнища поперечным укорочением от сварки

ствуют в сварном соединении. Точно определить эти усилия не представляется возможным. Они зависят от зазора между ребрами и полотнищем, от степени проплавления ребра и полотнища, от их жесткости. Эти усилия и их моменты в незакрепленной конструкции

должны быть уравновешены.

Рассмотрим определение рст при отсутствии и наличии зазора между приваренным ребром и полотнищем, а также в случае тонко­ листовой обшивки.

118

Определение |За при отсутствии зазора (рис. 62, а). Если швы одинаковые, нагрузка симметрична. Угловую деформацию можно определить из решения задачи об изгибе балки, заделанной одним концом и загруженной, как показано на рис. 62, а.

Максимально возможное значение нагрузок

Qmaxш ^ 0,7огт/С;

Qmax

р

а)

Рис. 62. Схема усилий в сварном сое­ динении в случае приварки набора с двух сторон: а — без зазора; б — с зазором;

1 — первый шов; 2 — второй шов.

За расчетную нагрузку принимаем меньшее из этих значений, т. е.

если 1,4 К < 6р, то Qpac = 0,7 отК, если 1,4 К > 6 Р, то Qpac = = 0,5 стт8р. Под действием такой нагрузки угол поворота свобод­ ного конца балки будет равен:

при

°р

где А — параметр, определяемый формулами (186) и зависящий от размеров сварного соединения.

На рис. 63 приведен график для определения параметра А в за-

Определение ро при наличии зазора (рис. 62. б). При наличии зазора между полотнищем и привариваемым ребром второй валик, укорачиваясь, будет изгибать первый валик и полотнище между вали­ ками, а сам получит напряжения растяжения (см. рис. 62, б). Угло­ вая деформация в этом случае будет определяться максимальным изгибающим моментом в первом шве.

1 1 9

Максимально возможное значение изгибающего момента в сечении первого шва с учетом появления пластических деформаций при изгибе

Рис. 63. График для определения параметра А.

К — катет шва; 6р — толщина привариваемого ребра; 6П — толщина полотнища (пояска).

Этот изгибающий момент действует и в полотнище на длине, прибли­ зительно равной бр + К- Угол поворота полотнища в данном случае

о __ МШ1 _ 0,122атЛ;2 (бр + К)

Сравнивая (186) и (189), видим, что угловая деформация при отсут­ ствии зазора всегда будет больше, чем при наличии зазора.

I2Q