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

71

Сравнение результатов расчета с замерами приведено на рис. 35.

Рис. 35. Сравнение результатов расчета и замеров.

вырезке деталей происходит концентрированный нагрев их по кром­ кам с распространением тепла по листу, что вызывает пластические деформации укорочения вдоль вырезаемых кромок деталей.

Законы нагрева и распространения тепла при тепловой резке полностью соответствуют законам теории распространения тепла при сварке [89] и описываются уравнениями нагрева пластины мощ­ ным быстродвижущимся линейным источником.

Остаточные продольные деформации укорочения по контуру вы­ резаемых деталей (рис. 36) вызывают деформацию их как в плоско-

72

сти листа (укорочение и изгиб на кромку), так и из плоскости листа (бухтиноватость и волнистость вырезаемых деталей).

Остаточные пластические деформации укорочения по контуру вы­ резаемых деталей определяются по формуле [43]

*

Рис. 36. Схема загрузки и распределения напряжений в поперечном сечении вырезанной полосы от продольного укорочения, вызванного тепловой резкой по продольным кромкам.

1— р а с п р е д е л е н и е к а с а т е л ь н ы х у с и л и й в о з д е й с т в и я а к т и в н о й з о н ы н а п о л о с у ; 2 — р а с п р е д е л е н и е п р о д о л ь н ы х н а п р я ж е н и й по п о п е р е ч н о м у с е ч е н и ю п о л о с ы .

тяжести объема vpe3 от кромки, см.

Расстояние центра тяжести объема орез от середины листа

На рис. 37 приведены расчетные кривые и экспериментальные Точки кривизны полос при тепловой резке по одной кромке различных

73

так как трудно установить спектр напряжений в листе от предыду­ щих резов при различных способах закрепления. Однако при вы-

Рис. 37. Расчетные кривые и экспериментальные точки кривизны полос при тепловой резке по одной кромке листов из различных материалов.

74

полотнищ из листов, Вырезанных газом, производить дугой с интен­

си вн остью -- 1250 кал/см2, продольное укорочение при сварке

2j °

не возникнет. При сварке дугой с интенсивностью погонной энергии

В случае приварки набора толщиной бр, обработанного тепловой резкой, к обшивке (или пояску) толщиной бп продольное укорочение от сварки

§ Ю

Общие формулы для определения остаточных продольных деформаций сварных соединений

Все судовые конструкции имеют достаточную жесткость (Q </ 2), для которых можно принять Ко = 1 . Следовательно, для судовых конструкций погонный объем продольного укорочения от одного прохода можно определить по формуле (96)

Погонный объем продольного укорочения всего сварного со­ единения, свариваемого за т проходов, определяется по формулам

(98) или (99)

т

0 = ^ ; ; 1=1

V = KmvK,

где vM— погонный объем одного прохода, имеющего максимальную погонную энергию, см2;

Кт — коэффициент, учитывающий влияние остальных проходов на объем продольного укорочения.

Для стыковых соединений Кт определяется по формуле (107)

Кт= 1 + 8 - ^ - .

— 0

су

75

Глава

ПОПЕРЕЧНЫЕ СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ

§ 11

Общие теоретические предпосылки

Поперечные температурные деформации, как и продольные, воз­ никают и развиваются в процессе нагрева элементов конструкции при сварке и последующего охлаждения.

Как отмечалось, поперечные напряжения и упругопластические деформации являются следствием неравномерного распределения температуры по длине и толщине свариваемых элементов, как ре­ зультат концентрированного и неодновременного по длине нагрева.

Врезультате нагрева подвижным источником (сварочной дугой)

ипоследующего охлаждения в зоне сварного соединения остаются поперечные пластические деформации укорочения *.

Остаточные поперечные пластические деформации сварного со­ единения обусловливают укорочение и изгиб конструкции в пло­ скости, перпендикулярной шву. Для определения сварочных дефор­ маций в этом случае необходимо знать величину и распределение остаточных поперечных пластических деформаций, поперечную же­ сткость конструкции на сжатие и изгиб.

По аналогии с продольными деформациями величину остаточных пластических деформаций поперек сварного соединения, равную сумме остаточных укорочений всех поперечных волокон, можно назвать «объемом поперечного укорочения сварного соединения» (W7), а объем поперечного укорочения, приходящийся на единицу

где Wt — объем поперечного укорочения сварного соединения от одного прохода, см3;

* При определенных условиях иногда могут оставаться пластические дефор­ мации удлинения (см. § 18).

77

и толщины свариваемых элементов, жесткости закрепления, вели­ чины продольных пластических деформаций, а также величины

сварного соединения, представляющий собой некоторую функцию, учитывающую влияние перечисленных выше факторов, см3/кал.

Наша задача состоит в определении функции (£г).

В дальнейшем, определив Е(- для двух крайних случаев (наплавка на полубесконечное тело и на тонкий лист), следует определять влияние перечисленных факторов раздельно, введя соответствующие попра­ вочные коэффициенты (в виде множителя или слагаемого) в функ­ цию | t.. Так, влияние закрепления против поперечного изгиба будем учитывать коэффициентом Кс\ влияние толщины свариваемых эле­ ментов — коэффициентом /Сб; влияние закрепления против попереч­ ного укорочения ребрами жесткости — коэффициентом Кж\ влия­ ние скорости сварки — коэффициентом Ку\ влияние предваритель­ ных напряжений — коэффициентом /(<,; влияние продольных пла­ стических деформаций — коэффициентом Кц и влияние искусствен­ ного охлаждения — коэффициентом Ки-

Рассматривая влияние отдельных факторов, вначале надо опре­

делить частные значения считая, что влияние других факторов отсутствует, а далее при нахождении общей функции Ег следует найти возможное взаимное влияние полученных коэффициентов.

§ 12

Поперечные деформации при наплавке валика на полубесконечное тело

Процесс возникновения и развития поперечных пластических деформаций при наплавке валика на полубесконечное тело совпадает с процессом возникновения и развития продольных пластических деформаций, изложенным в § 6. Окончательные формулы для опре­

78

деления параметров поперечных деформаций могут быть предста­ влены в следующем виде.

Погонный объем укорочения

Es

Здесь qw п включает в себя и тепло, затраченное на расплавление и нагрев флюса, так как это тепло успевает перейти в металл до окон­ чания образования остаточных поперечных деформаций.

Расстояние центра тяжести wT от поверхности наплавки валика

Условие (118) обеспечивает зону пластических деформаций в виде

Если наплавка производится на толстый незакрепленный лист, то при нагреве действительные поперечные деформации не возни­ кают (еон = Сн = 0), так как этим деформациям сопротивляются не только расположенные ниже ненагретые волокна, но и участки листа перед источником. После наплавки валика при последующем остывании возникнут действительные деформации (еок и Ск), так как им будут сопротивляться только волокна, расположенные ниже

ине получившие пластических деформаций.

Врезультате уменьшатся обратные пластические деформации

растяжения, а следовательно, и увеличится объем поперечного укорочения.

* Для полубесконечного тела Ку = 1 ; К%6 = 0,76 и ф - 0 , 3 8 - ^ * ^

СУ е Д

79

В этом случае погонный объем поперечного укорочения

Из формулы (122) видно, что коэффициент Кс зависит от относи­ тельных деформаций, соответствующих пределу текучести (es), и конечных действительных поперечных деформаций волокон в зоне сварного соединения (s0K и CKz).

Определим приближенные значения ек = 2es + еок + CKzc для волокон зоны сварного соединения.

Из рис. 20, а видно, что значения ек не должны превосходить а Т 0. Значения еок и Ск зависят от жесткости единичной длины про­ дольного сечения соответственно на сжатие (F = б) и на изгиб (J =

б3 \

= ~12 ) и распределения wT C по сечению.

Для приближенного определения еок и Ск условно принимаем, что погонный объем поперечного укорочения (wT, с) равномерно рас­ пределен по ширине активной зоны пластических деформаций, рав­ ной 2гак, и на расстоянии, равном zc от середины толщины листа.

Тогда на участке шириной 2гак сумма остаточных пластических

so