Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

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

.pdf
Скачиваний:
51
Добавлен:
24.10.2023
Размер:
10.12 Mб
Скачать

Для расчетов необходимо пользоваться графиком (см. рис. 63), так как при сборке обычно зазор стараются не делать, а получаю­ щийся небольшой зазор ликвидируется сваркой первого шва.

Определение |3<, при тонколистовой обшивке. Для тонколистовой обшивки, когда 0,7К > 6П, угловая деформация (рст), вызываемая напряженным состоянием при приварке набора с двух сторон, опре­ деляется укорочением второго шва, вызываемым изгибом полотнища (наиболее слабого звена).

Для этого случая угловая деформация ра будет

максимальной

[65]:

Рашах

=

(190)

 

где а — коэффициент

линейного

расширения, 1 /град;

ТУ— температура,

при которой материал теряет

упругие свой­

ства (см. табл. 1).

 

 

Для тонколистовых конструкций из малоуглеродистых и низко­

легированных сталей

 

Рашах = 0,02 рад.

(190')

Итак, в общем случае угловую деформацию рст необходимо опре­ делять по формуле (185), при этом получаемое значение не должно превышать величины, определяемой по формуле (190).

Закрепление полотнища против поперечного изгиба при при­ варке набора, как и при сварке стыковых соединений, снижает угло­ вые деформации. Суммарный угол изгиба полотнища в этом случае не будет больше величины, определяемой формулой (155).

В случае приварки набора к полотнищу прерывистым швом при

У /У ^ 1 /2 угловую деформацию полотнища

рпр можно

прибли­

женно определять, как и для сплошных швов,

при этом полученное

значение (рспл)

необходимо умножить

на коэффициент

прерыви­

стости, т. е.

 

 

 

 

 

Рпр = РсплТ1.

 

 

(191)

где /ш — длина

приварки прерывистого

шва,

см;

 

/ш — шаг прерывистого шва, см.

Шахматные и цепные швы должны рассматриваться и рассчиты­

ваться, как двусторонние, т. е. с учетом рст.

закрепле­

При l j t m < V2 участки между приварками служат

ниями против изгиба полотнища. В этом случае рг и р2

необходимо

определять по графикам (рис. 47), как для жестких конструкций (кривая /).

§ 21

Общие формулы для определения остаточных поперечных деформаций сварных соединений

Суммируя влияние всех перечисленных выше факторов на попе­ речные деформации сварного соединения от наплавки отдельных валиков, можно получить следующие общие формулы для опреде­ ления остаточных поперечных деформаций.

121

Погонный объем поперечного укорочения от выполнения г-ГО прохода в общем случае определяется по формуле:

где

 

 

 

= 5< 7„ . п .

 

 

( 1 9 2 )

 

 

Яп. П

КП(1

' ^Сф-^t) Япу

 

 

 

 

 

 

 

 

t =

су = wсу

f°-255 +

°-745^

(°’°4 + о , т жКу)} (1 + а

д

х

 

х

[1 -h/Cc(l

- ^ б ) ] а д +

- | ( 1

- *

в)-

 

(193)

Здесь К„ определяется по рис.

17 или

18; Кф— по рис.

15;

Kq

по рис. 65; Кж— по рис. 65;

К/

— по рис. 65;

К ц— по рис. 41;

 

 

 

 

Кс — по рис. 38; /Си — по форму­

 

 

 

 

ле (113, а);

Ко— по формуле (178)

 

 

 

 

или по рис. 57—61.

 

 

 

 

 

 

 

Положение объема поперечного

 

 

 

 

укорочения, т. е. расстояние от

 

 

 

 

его центра тяжести до середины

 

 

 

 

высоты рабочего сечения сварного

 

 

 

 

соединения (рис. 64) 2,-, определяет­

 

 

 

 

ся по рис. 46.

поперечные

пла­

 

 

 

 

 

Остаточные

Рис. 64. Геометрические параметры

стические деформации от наплавки

многопроходного стыкового шва.

г-го прохода в общем случае вызы­

о — середина толщины

листа; о ' — сере­

вают поперечное укорочение свар­

дина высоты рабочего сечения шва после

ного соединения

и угловые дефор­

наплавки i-ro прохода;

о" — центр тяже­

сти объема

со*; 6 — толщина листа; 6^

мации, определяемые по формулам:

высота

рабочего

сечения

шва

после

на­

 

 

 

 

плавки

г-го прохода;

d.

расстояние

A

=

 

(194)

середины высоты

рабочего

сечения

шва

 

от середины толщины листа; гг- — расстоя­

 

 

 

 

ние центра тяжести объема w. от середины

- ^

- =

1 2 ^

±L (195)

 

рабочего

сечения

шва.

Р, =

 

 

 

 

 

 

 

si

6‘

б/

где АЬ( — поперечное укорочение сварного соединения от наплавки г-го прохода, замеряемое посередине высоты рабочего

сечения,

см;

 

листов

относительно

один

[3(. — угол поворота свариваемых

другого,

вызываемый наплавкой г-го прохода,

рад;

wt — погонный объем

поперечного

укорочения от

наплавки

г-го прохода, см2;

 

соединения

после

6; — высота

рабочего

сечения сварного

наплавки г-го прохода, см;

г,- —■расстояние между центром тяжести величины wi и сере­ диной рабочего сечения.

Полное поперечное укорочение сварного соединения при много­ проходной сварке от m проходов определяется по формуле:

m m

АЬ - £

(Д&, ± Мг) = 2 ЛЬг ( 1 =t !2 J

-

(196)

ад

ад

1 1

 

122

где d{ — расстояние от середины рабочего сечения сварного соеди­ нения до середины толщины свариваемых листов после наплавки г-го прохода, (см. рис. 64).

В формуле (196) первый и второй члены имеют одинаковые знаки при условии, если середина рабочего сечения и наплавляемый валик находятся с разных сторон от середины толщины листа и в случае расположения валика и середины рабочего сечения с одной стороны от середины листа, а валик находится ближе к середине толщины листа, чем середина рабочего сечения.

Полная угловая деформация сварного соединения при много­ проходной сварке от т проходов определяется алгебраическим сум­

мированием углов

поворота

от отдельных

проходов

по

формуле:

 

 

 

т

 

 

 

 

 

 

Р

= /=Е1 ±

Р /

,

 

(197)

где

определяется

по формуле (195)

или

графиками

на

рис. 47.

В формуле (197) принимается знак плюс для проходов, вызываю­

щих уменьшение угла между свариваемыми

листами при

замере

с лицевой стороны, и минус — для проходов,

вызывающих

увели­

чение угла между листами при замере с той же лицевой стороны. Объем поперечного укорочения всего сварного соединения от

сварки т проходов

 

 

 

W = ЛШ ш,

(198)

где ДЪ— поперечное

укорочение, определяемое по формуле

(196),

см;

 

 

5 — толщина свариваемых листов, см;

 

— длина шва,

см.

 

Из формул (195) и (196) видно, что для определения поперечного укорочения и угловых деформаций сварного соединения необходимо знать не только жесткость конструкции, конструктивные элементы

запроектированного сварного соединения и

режим его

сварки,

но

и элементы шва после выполнения каждого

прохода

(б,-, dt).

Эти

элементы в свою очередь зависят от конструктивных элементов свар­ ного соединения, режима сварки и очередности заполнения разделки. Для облегчения расчетов в приложении 1 приведены графики для определения б(- и dt, которые построены на основании аналитических расчетов для основных судостроительных материалов, свариваемых на режимах, рекомендуемых соответствующими «Основными поло­

жениями на сварку. . .».

Очередность заполнения разделки приведена на самих графиках.

П р и м е р 1. Определить поперечные деформации при наплавке валика авто­ матом на большой лист толщиной б = 14 мм в свободном состоянии при естественном

охлаждении.

 

 

 

 

Материал — сталь ВСт.Зсп.

/ св =

990

А; (/д = 40 В;

VCB= 35 м/ч. Флюс

Режим наплавки: d3Jt = 5 мм,

ОСЦ-45.

/Си =

Кт =

_

_

Расчет. Из условия сварки

Ко = Кп Ко — 1-

123

Из

таблиц

1

и

 

2

 

имеем:

 

су

 

12,5

10-в

см3/кал;

es =

12 10“4;

кТ0а ==

= 0,09-750

0,068 =

4,6

кал см/с2;

p = s =

1;

rj =

0,85-

По

формуле

(9)q a =

8200

кал/см.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По рис.

15 Аф =

 

0,25; qn. п = (1

Аф)?п = 6150

^

 

^

 

 

=

3150 кал/см3.

Для ^ -

=

198

А/мм ф0 =

 

0,56

(рис. 42).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Яи. тУс

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По

рис. 44

для

е3 =

 

-

ХТ0а

 

=

1290

т)0 =

0,23; ф0 г|0 =

0,13.

 

 

По

рис. 65

Аб =

0,72;

 

для

^

 

 

 

= 7>5 1/см

Ар =

1.

 

 

 

аТ0

 

12,7-10-6-750

=

 

оп

 

. . . .

 

...

 

 

 

 

 

 

Для

 

=

 

 

,9Т|,,.4----

 

8,0

Кц =

0,23 (рис. 41).

 

 

 

 

 

 

Птт„

а

Яп. п .

 

12-10"4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

:

33,0

 

и

от =

8

Ас =

 

0,30

(рис. 38).

 

 

 

 

 

 

ДлЯ

 

сп

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

су 8S02

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (193)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I =

12,5- 10"8 (0,255 +

 

0,745-0,72-1)

(1 +

0,23-0,72) (1 +

0,30-0,28)-1

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

12,8-10"8

см3/кал.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (192)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

( 1

_

АфА6)<?п -

(1 — 0,25-0,72)-8200 =

6720 кал/см.

 

 

По

формуле

(194)

 

Дb =

12,8-10

в-

 

—т

= 0,062

см.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

■*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По

рис. 46

для

 

S =

эф0т]0

 

 

= 410

кал/см3

 

 

=

0,035.

 

 

По

формуле

(195)

 

(3 =

12

 

 

 

0,035

= 186-10~4

рад.

 

 

 

 

П р и м е р

 

2. Определить поперечные деформации при наплавке валика на

закрепленный к стальной

 

плите

лист

толщиной 5

мм

из сплава АМг-5

в среде

аргона вольфрамовым электродом.

dnpnc =

3 мм;

/ св =

200

А;

1/д =

19 В; VCB —

Режим наплавки; <1ЭЛ=

 

4 мм;

0,34 см/с.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ас =

 

 

Аж =

К а =

Kd =

 

 

Аи =

 

 

Расчет.

Из

условия

сварки

0;

1;

0,8.

Из табл. 1 и 2

су

=

41 • 10"8 см3/кал;

es =

21 • 10"4. ХТ0а =

0,32- 400-0,48 =

= 61,5 кал-см/с2; р =

3,5;

s — 1,5; г] =

0,4.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По

формуле

(9)

<7п =

 

1070 кал/см;

 

 

=

4300 кал/см3;.

 

 

 

 

Для

- -

=

50

А/мм ф0 =

0,38 (рис. 42).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Для

“ ЭЛ

2

г)0 =

 

0,15

(рис. 44).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

е3 =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По

рис.

45

для /гфо'Ло

Qn. п

 

860

кал/см3 А6 =

0,96

и

 

для

——0,72 1/см

 

б2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ар 0,82 (рис.

65).

 

 

 

 

26,10"4-400

_

с

^

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

аТ„

 

 

 

0,16.

 

 

 

 

 

 

 

По рис. 41

для — ^ =

 

— 0 ,

, п - 4

— О А,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

21-

10"4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (193) %= 39 -10"8 см3/кал.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (194) Дb =

0,083

см.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По рис. 46 для S =

s+pio ^ ir = 370

кал/см3

=

0

и р =

0.

 

 

П р и м е р

3. Определить поперечные деформации при аргоно-дуговой сварке

плавящимся электродом больших листов из сплава АМг-61

толщиной 20 мм с закре­

плением

против

изгиба.

 

Конструктивные

элементы

приняты

в

соответствии

124

ч

Рис. 65. Графики для определения коэффициентов К& Kv и Кж-

125

сГОСТ 14806—69: Х-образная симметричная разделка, угол разделки 60а, притупле­ ние 5 мм, зазор 2 мм.

Сварка производится на постоянном токе проволокой АМг—61 за два прохода

состыванием после первого прохода.

Режим сварки:

 

500 A; UA =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

d3n = 4 мм; / св =

29 В;

1/св =

0,5 м/ч.

 

 

 

 

Расчет. Из условий сварки К и =

Кж=

Ко = Kd 1 и Кс =

0.

 

Из таблиц 1 и 2 —

=

4110"6 см3/кал;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

су

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кТ0а =

0,32

400 0,48 =

 

61,5

кал-см/с2; р =

3,6;

s =

1,5;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

т) =

0,7.

 

 

 

 

 

 

 

По формуле (9)

qn =

4860 кал/см.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

<хГ0

 

26-10-6 - 400

=

.

..

 

 

 

 

 

По рис. 41 для

 

 

=

26- Ю~4

4

^ ц ^ 0-13-

 

 

 

По рис. 42 для

 

=

125

А/мм, ф0 =

0,3.

 

 

 

 

 

 

 

По рис. 44

для

es :

ЯгУс

 

19,8

т)0 =

0,18; ф0т|0 = 0,054.

 

 

 

 

 

1/

ХГаа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По

рис. 65

для

 

0,5

 

'■<*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

а

- 0 .4 8

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

I проход. По рис.

 

 

0,6-4860 =

2920 кал/см;

 

18 Ап =

0,6;

qn. п =

 

 

 

 

 

 

б ^

= 0,5

 

см;

 

бi =

1,25 см;

 

 

 

 

 

б2.

0,52

=

1 1700 кал/см;

 

П =

3,6- 0,054-11700 = 2300

кал/см3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

По рис. 45

К6 =

1- По формуле (193)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

| =

41

10-е [0,255+

0,745-1

(0,04 4- 0,96

0,9)]■ 1,13 =

 

 

 

 

 

 

 

 

=

43-10"6

см3/кал.

 

 

 

 

 

По

формуле (194)

АЬ1 = 4310

 

0

2920

 

 

см.

 

 

 

 

^

 

0,101

 

 

 

По рис. 46 для 5

=

1,5- 0,054-11700 =

 

950 кал/см3

 

=

0 и ^ =

0.

II

проход.

qn =

qn. n ~ 4860

кал/см;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

б£_! =

1,28

см;

 

6; = 2

см;

б,-

,

= 4 ^ ^

 

= ЗЮО кал/см3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

П-48

 

 

 

 

По рис. 45 для

П =

3,6-0,054-3100=

600 кал/см3

Ав =

0,8.

(1 +

АцАв) =

= 1,11.

По формуле

(193)

4 =

3810“6

см3/кал.

 

 

 

 

 

 

По

формуле (194) А6а=38-

 

 

 

=

0,092

см.

 

 

 

 

 

По

рис. 46

для

S =

1,5- 0,0543100 =

250

кал/см3

 

=

0,01.

 

По формуле (195) р2 =

 

О 092

0,01 = 55 -10'4

рад.

 

 

 

12 —^ —

 

 

 

От двух проходов Дb =

1,01 +

0,92 *=» 2 мм и Р = 5510=4 рад.

 

 

П р и м е р

4. Определить объем поперечного укорочения от наплавки попереч­

ного валика на поясок двутавровой балки (сталь

ВМСтЗсп) посередине'ее длины.

126

Длина балки 1400 мм; сечения поясков 405Х 11,6 мм; стенки 185X9,5 мм;

26 ~

Режим наплавки: электроды УОНИ-13/45;

йэп=

А мм;

 

 

 

 

 

/ св =

200

A;

UA =

 

25 В;

Рсв =

 

0,18

см/с.

 

 

Расчет.

Из условий

сварки Ли =

 

Ха =

Кп =

 

Хп =

 

1;

Лц =

0,24.

Из табл.

1

и

2 —

 

=

12,5- 10“в см3/кал; es =

1210'А

 

 

 

 

су

 

 

 

 

 

 

 

 

5

 

 

 

 

 

 

ХТаа =

0,09-750-0,068 = 4,6

кал-см/с2;

р =

s =

1; ц =

0,8.

 

 

 

<7п =

 

5330

кал/см;

■%- =

3950

кал/см3;

 

 

 

 

 

с о д /

 

 

,

 

 

о2

 

5330-0,182

 

QO

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

50 А/мм;

г)’0 = 0,35; е3 =

------^

-----

3,8;

 

 

щ =

0,22;

я|)0г)0 =

0,77;

Лб =

0,57;

 

~

 

c-sO

= 41;

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Су

 

 

 

 

 

Л с =

0,35; л ж = 0,27. Лр =

1 .

 

 

 

 

 

£ =

 

12,5- 10-6

[0,255 +

0,745-0,57 (0,04 +

0,96-0,27)]

 

 

(1 +

0,24-0,57)

[1 +

0,35 (1 — 0,57)] =

6,3- 10-°

см3/кал.

 

 

 

1Г =

 

6 ,3 -Ю"6-5330-40,5 =

1,36 см3.

 

 

§ 22

Частные случаи определения поперечных деформаций

1. Двухпроходная сварка (по одному проходу с каждой стороны) стыковых соединений свободных листов, собранных на прихватках, обычно сопровождается сквозным прогревом. В этом случае попереч­ ное укорочение от двух проходов определяется по формуле

 

 

 

(199)

Ш

^ П-

п "Ь 9п. п) (1 + Кц),

(200)

где q'n п — погонная

энергия

нагрева листов от первого

прохода,

кал/см;

второго прохода, кал/см;

 

<7° п — то же от

 

б — толщина

свариваемых листов, см.

 

2. При симметричной Х-образной разделке кромок и при выпол­ нении проходов поочередно с каждой стороны на одинаковых режи­

мах di

0; Pt- =* 0. В этом случае

 

 

 

Ab =

т

 

(201)

 

S

Д*,;

 

 

г=1

(202)

 

Р

=

о-

127

А В, м м

Рис. 66. График для определения поперечного укорочения AS стыковых соеди­ нений из углеродистых и низколегированных корпусныхсталей при автоматиче­ ской сварке «на весу».

■ — при угле наклона изделия (шва) 0—8 ° ; ---------—при угле наклона изделия (шва) 8— 15°; / — для соединений без разделки кромок; 2 — для соединений с V-образной разделкой кромок; 3 — для соединений с Х-образной разделкой кромок.

А В,мм

Рис. 67. График для определения поперечного укорочения АВ стыковых соединений из углеродистых и низколегированных KOfmyc-ных сталей при ручной сварке.

1 — для соединений с V-образной разделкой кромок; 2 — для соедине­ ний с Х-образной разделкой кромок.

128

3. При автоматической сварке «на весу» под слоем флюса ОСЦ-45 и при ручной сварке электродами УОНИ-13/45 стыковых и тавро-, вых соединений из углеродистых и низколегированных корпусных сталей на режимах, соответствующих ОСТ5. 9083—72, поперечные укорочения определяются по рис. 6668.

Рис. 68. График для определения поперечного укорочения АВ полотнища от при­ варки набора сплошным швом с одной стороны конструкций из углеродистых и низ­ колегированных корпусных сталей.

*

— для К = 6 мм и

qn

= 3900 к а л / с м ;---------------------для К

= 5 мм

и

Яп ~

=

2800 кал/см; О —О —О — Д^я К

=

4 мм и дп = 2000 кал/см; —• —• — • ------ для К

3 мм

и Яп = 1200 кал/см; 6П — толщина полотнища, мм; 6р — толщина ребра,

мм; 1 — при 6р =

=

3 мм; 2 — при 6 = 4 мм; 3 — при 6 = 6 мм; 4 — при 6р =

8мм; 5 — при 6р =

10 мм;

 

 

6

— при 6р = 12 мм.

 

 

 

 

 

4. При автоматической сварке проволокой

ЭИ-903

под флюсом

48-ОФ-11 и ручной сварке электродами ЭА-606/11

сталей

 

типа

ЮЗ на средних режимах, рекомендуемых «Основными положениями на сварку. . .», поперечные укорочения стыковых и тавровых сое­

динений определяются по рис. 69—71.

5. При автоматической сварке проволокой ЭИ-981А под флюсом 48-ОФ-9 и ручной сварке электродами ЭА-981/15 стали АК-29 в соответствии со средними режимами, рекомендуемыми «Основными

5 С. А. Кузьминов

1^9

Рис. 69. График для определения поперечного укороче­ ния ДВ стыковых соединений из стали марок ЮЗ и ЮЗХ при автоматической сварке.

------------------ для соединений с Х-образной разделкой кромок;

-------- ------ — для соединения с V-образной разделкой кромок; О—О—О — для соединений без разделки.

А В,

5.0

4.5

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

О

10

20

30

40

$,мм

Рис. 70. График для определения поперечного укорочения ДВ стыковых соединений из стали марок ЮЗ и ЮЗХ при ручной сварке.

..... . — — для

соединений

с

Х-образной

разделкой

кромок;

------------------для

соединений

с

V-образной

разделкой

кромок;

0 —0 —0 — для соединений без разделки.

 

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ