книги / Сварка в машиностроении. Т. 3

В общем случае при многопроходной сварке тавровых нехлесточных и угло­ вых соединений усадочная сила

где РуС— усадочная сила при односторонней однопроходной сварке, вычисляе­ мая по формуле (19); ДРПЛ— приращение площади зоны пластических деформаций

fi) —*■-. J b

Рис. 18, Сварные соединения в балочных конструкциях: 1—6 — валики (зоны пластических деформаций заштри­ хованы)

при многопроходной сварке по сравнению с площадью Fnn зоны пластически* деформаций при однопроходной односторонней сварке,

Величина

Формулы (22) и (23) получены в предположении трапециевидной формы зоИ?

При шахматном расположении швов зона пластических деформаций пред­ ставляет собой практически непрерывную зону (рис. 19, б), что не дает снижения величины усадочной силы. В этом отношении более рациональным является

Рис. 19. Прерывистые угловые швы

Усадочная сила возникает также при резке металла от нагрева кромки.

Погонная энергия при газовой резке — (в Дж), приходящаяся на одну кромку

Приведенные выше формулы для определения усадочных сил в различных случаях справедливы при сварке по ненапряженному металлу. Если укладку шва производят на металле, в котором в направлении шва имеются напряжения (собственные или от внешних нагрузок), то необходимо учитывать их влияние на

" — * ------— .

ат

Для углеродистых и легированных сталей с пределом текучести более 30 кгс/мм2, а также для цветных металлов и их сплавов систематических данных

Величина усадочной силы может быть определена экспериментально путем разрезки металла зоны сварного соединения на полосы, расположенные вдоль оси шва. Для этого до сварки механическим деформометром измеряют базы, расположенные вдоль предполагаемого расположения шва. Число баз берут такое, чтобы захватить всю зону пластических деформаций, затем после сварки и полного остывания пластина должна быть разрезана на полосы аналогично

ная усадка. При движении источника тепла по краю пластины или при сварке пластин встык с зазором (рис. 20) металл нагревается и расширяется. Возникает пе­ ремещение V точек кромки пластины в направлении оси оу (внутрь зазора), характер которого показан на рис. 20

кривой. В зоне источника тепла перемещение достигает максимума ümax, а за­

тем при последующем остывании пластины точки кромки постепенно переме­ щаются в обратном направлении. В случае сварки такой отход точек возможен за счет пластической деформации только на участке DA, пока металл нагрет до высокой температуры. Далее возникает прочная связь, которая фиксирует сближение кромок Дпоп, равное 2vА, Возникающие при этом собственные по­

перечные напряжения оу создают силы, вызывающие закрывание сварочного зазора и поворот свариваемых пластин относительно друг друга в плоскости <см. стр. 372).

При сварке пластин без зазора или при укладке валика на поверхность пластины сближение точек и образование поперечной усадки происходит в об­ ласти высоких температур при достижении пластического состояния или рас­ плавления металла. При этом поперечная усадка Дпоп оказывается несколько меньше вследствие невозможности поперечных перемещений в зоне впереди ис­

■быть меньше 1 и больше 1,2. Коэффициент А при полном проплавлении относитель­ но слабо зависит от способа сварки и рода свариваемого металла. Поперечную усад­ ку при полном проплавлении можно определять для сталей, алюминиевых, магни-

евых, титановых и других сплавов по формуле (38) при А = 1,0 -г- 1,2. Попе­ речная усадка в случае электродуговой однопроходной сварки встык металла толщиной до 3— 5 мм составляет обычно десятые доли миллиметра, металла тол­ щиной 16—20 мм — около 1— 1,5 мм, а при электрошлаковой сварке — 3—8 мм и более.

Рис. 21. Зависимость коэффициен­ та А от режима и способа сварки:

1—3 — соответственно под флюсом при

В случае неполного проплавления листов, например при приварке к ним других элементов внахлестку или втавр угловыми швами, поперечная усадка ока­ зывается при прочих равных условиях меньше, чем при полном проплавлении, а коэффициент А в формуле (38) начинает сильно зависеть от формы проплавления

испособа сварки. На рис. 21 показан коэффициент А для различных случаев в

3.Формулы для определения коэффициента А в зависимости от условий сварки

зависимости от удельной погонной энергии qyn= —^ . При сварке на пластинах

из стали СтЗ толщиной от 4 до 60 мм. Величины коэффициентов А представлены в табл. 3.

При определении Дпоп по формуле (38) и выборе коэффициента А по табл. 3 эффективная мощность q означает тепловую мощность, вводимую в пластину, для которой находят поперечную усадку. Для приближенного расчета попереч­ ной усадки ДПОп в пластинах тавровых или нахлесточных соединений мощность,

где q — полная эффективная мощность источника теплоты; Ô,, и 6р — толщины пояса и ребра соответственно.

Рис. 22. Схема для определения сред­

усадки по ширине пояса В

Нередко возникает необходимость определения поперечной усадки листового элемента, к которому ранее были приварены ребро или стенка. Например, пояс I (рис. 22, а) испытывает усадку на базе Б при приварке к нему накладки 2 швом !\ стенка 3 при этом препятствует поперечной усадке пояса вследствие того, что она ранее присоединена швом / / , катет которого К- Аналогичная ситуация воз­

сутствие стенки сильно изменяет распределение поперечной усадки в полке ши­

варена швом с одной стороны. Поперечная усадка Дс на этом участке /с опреде­ ляется по формуле (38) с использованием коэффициента А из табл. 3 для предельно

На остальной части полки (В — /с) усадка Ап0„ вычисляется без учета влияния стенки при толщине 6 = 0П. Средняя поперечная усадка:

Если угловой шов образован за несколько проходов (рис. 23), то поперечная усадка от отдельных проходов суммируется, однако необходимо учитывать еле-

Й____ г ----------- r fj*

Рис. 23. Расположение слоев в многослойном угловом шве:

а, б — трехпроходное тавровое и нахлесточное соединение; в — пятипроходное тавровое соединение

дующее. Слои 2 или 4, которые укладываются рядом со слоем 1 на элемент, ис­ пытывающий поперечную усадку на базе Б, вызывают поперечную усадку, со­ ставляющую 0,5—0,7 от усадки, вызванной первым проходом. Слои типа 3 и 5, сме­ щенные на привариваемый элемент (на стенку или на нахлесточный лист), до-

Рис. 24. Угловые перемещения р в различных сварных соединениях

полнительной поперечной усадки не создают. Рекомендации по определению поперечной усадки в многослойных стыковых швах можно найти в работе [10].

Угловое перемещение Р. Вследствие неравномерной поперечной усадки по толщине листа 6 (рис. 24, а—в) или вследствие неравномерной усадки много­ слойного шва (рис. 24, в, д) возникает поворот одной части пластины относительно другой, в результате чего появляется угловое перемещение р,

При наплавке валика на пластину или при укладке угловых швов величина Р зависит от отношения глубины Н провара к толщине б пластины, формы прова­ ра, его ширины, скорости сварки и длины шва. Общая закономерность изме­ нения Р от Я /ô показана на рис. 25. При сварке втавр двумя однопроходными угловыми швами (см. рис. 24, е) угол р2 представляет собой сумму углов: / —Р,

от неравномерной усадки листа Ô,, при сварке шва; 2—Ра от неравномерной усадки листа при сварке шва; Рш от усадки собственно шва 2 в направлении его гипотенузы:

Величина Рш невелика по сравнению с Р! и Р2. Приблизительно р2 можно считать

Р2 для разных катетов в функции б п (рис. 27), которая относится к сварке сталей.

Аналогичный вид имеют кривые и для алюминиевых сплавов. На рис 28 приве­ дены кривые для определения р2 при сварке двух угловых однопроходных

швов в тавровом соединении из алюминиевых сплавов АМг5 и АМгб. Данные получены экспериментально при толщинах полок 10,16, 30,40 мм и соответственно толщинах стенок 8,10 и 20 мм. Швы с катетами 6— 10 мм на полках толщиной до 20 мм выполняли электродной проволокой диаметром 2 и 3 мм; с катетами 10— 14 мм на полках толщиной более 20 мм —проволокой диаметром 3 и 4 мм; сварка автоматическая «в лодочку» на токах 230—450 А с проплавлением вершины угла; второй шов сваривали в противоположном направлении.

Большее разнообразие вариантов укладки многослойных стыковых и уг­ ловых швов затрудняет аналитическое описание р. В этих случаях целесообразно использовать экспериментальный путь определения Р на образцах.

Смещение Дг. Имеется ряд причин, вызывающих перемещение краев свари­ ваемых встык листов в направлении OZ — перпендикулярно к поверхности пластин; это — неравномерный нагрев металла по толщине, потеря устойчивости тонкого металла, перемещения в радиальном направлении при сварке оболочек, неправильная сборка и другие. Довольно заметны перемещения краев алюми­

ниевых оболочек при сварке кольцевых швов. Смещение Д* возникает тогда, когда эти перемещения неодинаковы, например, при сварке тонкостенной обе-

Л

0,08

0,06

0,0U

0,02

чайки с жестким шпангоутом. На рис. 29 приведен пример, показывающий, что тонкостенная обечайка от нагрева удлиняется в окружном направлении и создает вследствие этого перемещения w в радиальном направлении. Кромка

жесткого шпангоута перемещается незначительно. В момент сваривания фикси­ руется разность перемещений w в виде смещения Д2, которое сохраняется и после полного остывания,

Смещение А*. В процессе наплавки валика на пластину поперечные сече­

сит от удельной погонной энергии, вводимой в пластину, и теплофи­ зических свойств металла. При сварке двух элементов встык, втавр или внахлестку продольные пере­ мещения щ и U2 свариваемых точек могут быть различными, и шов за­ фиксирует взаимное смещение A.v = щ — и2. При сварке встык одинаковых пластин с равномер­ ным введением тепла в каждую из них такое смещение не возникает.

При сварке втавр или внахлестку даже при введении тепла пропорционально приведенным толщинам свариваемых элементов 2Ô и Ô, когда температурные поля в них совершенно одинаковы, возникают неодинаковые перемещения иссередины пластины и ик края пластины. Величина ик примерно в 1,5 раза больше « с, В мо-

6)

Рис. 29. Перемещения w в зоне кольцевого шва цилин­ дрической оболочки из алюминиевого сплава:

а •— временные в процессе сварки, источник тепла находит­ ся в точке О; б — остаточные; / и 2 — места установки индикаторов и кривые, соответствующие их показаниям

мент сваривания взаимное смещение Ах фиксируется швом и обнаруживается после полного остывания. В случае непропорционального введения тепла в сва­ риваемые элементы смещение Ал может уменьшаться или увеличиваться. Вели­ чина А* составляет несколько десятых долей миллиметра для металла толщиной