книги из ГПНТБ / Майзель В.С. Сварные конструкции учебник

На рис. 4 представлена фотография флагмана ледокольного флота атомного ледокола «Ленин».

Это самый мощный ледокол в мире. Цельносварной корпус ледокола способен выдерживать ледовые нагрузки самых суро­ вых условий плавания в Северном Ледовитом океане и в наших северных морях.

Корабль находится в эксплуатации, начиная с 1960 г. Работа в таких условиях является весьма серьезной проверкой для всех частей сварного корпуса и может свидетельствовать об их боль­ шой надежности и прочности.

Судостроение полностью перешло на сварные конструкции. Корабли всех классов строятся только сварными. Большое зна­ чение при этом имеет то, что сварные соединения обеспечивают не только высокую прочность, но и непроницаемость, что в судо­ строении имеет весьма большое значение.

Для судостроения в нашей стране характерна высокая орга­ низация всех работ, связанных с проектированием и изготовлением сварных конструкций. Разработка проекта сварной конструкции осуществляется одновременно с разработкой проекта технологи­ ческого процесса ее изготовления. Это создает условия для увязки всех конструктивных и технологических решений и обеспечи­ вает конструкции не только необходимые эксплуатационные ка­ чества, но и высокую технологичность. В судостроительной про­ мышленности отмечается самый высокий уровень применения автоматической сварки.

На рис. 5 представлена фотография цельносварного пассажир­ ского вагона. Этот новый тип комфортабельного вагона имеет купол для обозрения местности, который расположен в средней части вагона, имеющей два этажа.

В первом этаже этого вагона размещено семь мягких спальных четырехместных купе. Во втором этаже расположен зал с куполо­ образной застекленной крышей. В зале вдоль боковых стен уста­ новлено 14 двухместных кресел для отдыха пассажиров. Вагон снабжен установкой для кондиционирования воздуха, обеспечи­ вающей хорошие условия проезда в любое время года.

филей.

Конструкция цельносварная с применением большого объема высокопроизводительной контактной точечной сварки.

Создание такой сложной конструкции отражает успехи, до­ стигнутые в области применения сварки в вагоностроении, где все выпускаемые типы вагонов являются цельносварными.

Цельносварные конструкции широко применяются при по­ стройке городских мостов больших пролетов. Среди сооружений подобного типа можно назвать такие, как мост им. Лейтенанта

Шмидта через реку Неву в Ленинграде, мост им. Е. О. Патона через Днепр в Киеве, Ново-Арбатский мост в Москве.

В настоящее время на мостовых заводах налажено серийное производство цельносварных пролетных строений железнодо­ рожных мостов с балками со сплошной стенкой. Такие пролет­ ные строения полностью изготовляются на заводах и целиком доставляются на место постройки моста.

Приведенные примеры применения сварных конструкций в раз­ личных областях строительства свидетельствуют о большом зна­ чении сварки и о достаточно высокой надежности сварных кон­ струкций при самых разнообразных условиях их работы.

Сварка играет большую роль и в завоевании космоса. Она находит широкое применение при изготовлении космических ко­ раблей, а в перспективе предстоит еще более широкое ее приме­ нение. Она будет использоваться при строительстве космических станций, стартовых площадок и взлетных устройств на других планетах.

Особенности сварных конструкций. Для обеспечения надеж­ ности сварных конструкций необходимо учитывать их основные особенности, которые заключаются в следующем. Материал свар­ ной конструкции подвергается значительному тепловому воздей­ ствию в процессе сварки. Поэтому для обеспечения необходимых свойств сварных соединений большое значение имеет выбор ма­ териала конструкции.

При проектировании сварных конструкций необходимо учи­ тывать, что они являются монолитными. Это свойство, представ­ ляющее большие возможности для создания более совершенных конструкций, в то же время несколько усложняет условия их работы. В сварных монолитных соединениях невозможны пере­ мещения между отдельными элементами, тогда как клепаные соединения благодаря возможности в них сдвигов обладают не­ которой подвижностью, которая в ряде случаев оказывается достаточной для уменьшения опасности появления дополни­ тельных напряжений, возникающих от действия случайных на­ грузок.

Форма сварного соединения имеет особенно большое значение для прочности сварных конструкций, воспринимающих динами­ ческую нагрузку, а также работающих в условиях низких температур, при которых даже первоначально пластичный мате­ риал может потерять свои пластические свойства и стать хруп­ ким.

Монолитность и жесткость узлов сварных конструкций сле­ дует учитывать также и при их изготовлении.

Отмеченные особенности приводят к тому, что задача обеспе­ чения требуемых свойств сварных конструкций должна решаться комплексно — путем выбора материала конструкции, определен­ ных форм сопряжений и соответствующей технологии изготов­ ления.

Задачи курса. Изучение всех этих вопросов является составной частью настоящего курса. Опыт проектирования, изготовления и эксплуатации сварных конструкций убедительно показывает, что при условии правильного выбора материала конструкции, форм сопряжений ее отдельных узлов и технологии изготовления все самые ответственные конструкции могут быть сварными. При этом сварные конструкции, обеспечивающие значительную эко­ номию металла, обладают не только наилучшей технологичностью, но и наибольшей надежностью по сравнению с другими видами конструкций.

Г л а в а I

МАТЕРИАЛ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В настоящее время наибольшее распространение в сварньг конструкциях самого общего назначения получила сталь. В от дельных отраслях промышленности и строительства применяются легкие сплавы на базе алюминия, а также сплавы на базе титана и магния. Начинают применяться и другие конструкционные материалы, такие, например, как пластмассы, которые для не­ которых отраслей промышленности являются весьма перспектив­ ными.

§ 1. КОНСТРУКЦИОННЫЕ СТАЛИ

Классификация сталей. По химическому составу конструк­ ционную сталь разделяют на углеродистую и легированную.

Углеродистые стали обыкновенного качества кроме углерода содержат так называемые нормальные добавки: марганец (до 0,8%), кремний (до 0,6%), а также небольшое количество неиз­

легирующих элементов обычно относятся: никель, хром, медь и некоторые другие элементы, а также марганец и кремний в коли­ чествах, превышающих пределы нормальных добавок.

О влиянии отдельных элементов на свойства стали можно судить по данным табл. 1.1.

Наибольшее распространение в сварных конструкциях имеют малоуглеродистые стали (с содержанием углерода до 0,25%) и низколегированные стали (с суммарным содержанием легирую­ щих элементов до 2%).

По степени раскисления различают стали кипящие, спокой­ ные и полуспокойные.

Кипящая сталь получается более ускоренным способом при недостаточно полном раскислении. Она более дешевая, но по ка­ честву уступает спокойной стали, получаемой при более полном раскислении. Полуспокойная сталь по степени раскисления и свойствам представляет собой промежуточный тип.

риалов многие марки малоуглеродистой и низколегированной стали являются вполне пригодными для сварных конструкций.

Характеристики некоторых марок малоуглеродистой стали, применяемых в сварных конструкциях, приведены в табл. 1.2 и 1.3.

Т а б л и ц а 1.2. Механические характеристики малоуглеродистой стали

В них представлены различные марки спокойной малоугле­ родистой стали, наиболее широко применяющейся в сварных кон­ струкциях различных областей промышленности.

Первые три марки стали (Ст.2, Ст.З, Ст.4) предназначены для применения в сварных конструкциях самого общего назначения.

Следующая марка стали М16С предназначена для наиболее ответственных конструкций, воспринимающих динамические

.;■■■ И

малоуглеродистой стали марок Ст.З и М16С. Следующие две марки стали (09Г2С и 12ГС) применяются в сварных листовых конструкциях. Последние две марки (18Г2С и 25Г2С) предназна­ чены для арматурных стержней периодического профиля в же­ лезобетонных конструкциях.

Электроды. В настоящее время, при достаточно большом разнообразии сварочных материалов, можно обеспечить требуе­ мые свойства металла шва при сварке всех применяющихся в ме­

волоки и соответствующих флюсов при автоматической сварке обеспечивает свойства металла шва и сварного соединения, указанные для типов электродов с индексом А.