книги / Сварка в машиностроении. Т. 3

5— 10 мм. Взаимные смещения Ах могут возникать при контактной точечной или шовной сварке внахлестку вследствие смещения одного листа относительно другого в результате силового воздействия электродов или роликов.

a) S)

Рис. 30. Схемы искривления поперечных сечений пластин при сварке:

а — по середине: б — по краю

Перемещения элементов конструкций. Перемещения и деформации в зоне сварных соединений являются причиной перемещений элементов конструкций. Наиболее существенны в практическом отношении следующие виды перемещений: 1) временные перемещения свариваемых пластин в их плоскости; 2) изгиб и уко-

дующем открывание зазора впереди ванны; в) продольный изгиб узких пластин вследствие их неравномерного нагрева по ширине при сварке вызывает увеличе­ ние зазора, особенно значительное на большом расстоянии впереди ванны. Сочетание трех перечисленных выше процессов может создавать самые разно­ образные изменения зазора при сварке.

На рис. 32, а представлена номограмма для определения поступательного сближения при сварке от края пластины

щений; для низкоуглеродистых и низколегированных сталей а ' = (16,5 -г- 17) х X IQ'6 1/°С.

Рис. 32. Номограммы для определения функций Fà (а) и Fe (б) в зависимости

Функции Fд и F0 определяют по номограммам на рис. 32 в зависимости от

Номограмма для определения — ■представлена на рис. 33. Если на некоторой

длине шва h угловые перемещения устраняли путем закрепления пластин или «сухарями», вставленными в зазор, или действием силы, то для определения углового перемещения Д0, возникшего на участке шва от hx до h^, необходимо из 0а вычесть 01§

Зона структурных превращений шириной / на рис, 31 ограничена изотермой

Л с.ср= ■ с^ ^ с3', определяющей зону структурных превращений при нагреве,

Изгиб и укорочение балок, Перемещения в балках от продольных и попереч* ных швов определяют раздельно.

^I

Рис. 34. Сварная балка таврового профиля под действием усадочной силы РуС, вызывающей изгиб и укорочение

Продольные швы / (рис. 34, а) создают усадочную силу Рус, которая вы­ зывает изгиб и укорочение балки. Максимальный прогиб

М/а

~~ SEJ *

угловой поворот концов

М/2

продольное укорочение

Величину усадочной силы определяют по формуле (19) в соответствии с ре­ комендациями, которые изложены в работе [5]. Эксцентриситет ех силы Рус от­ носительно оси Η1, проходящей через центр тяжести сечения балки (рис. 34, б),

нения еще одной полки к тавру с целью образования двутавра (рис. 34, в), про­ гибы и укорочения от швов II определяют отдельно, находя новые эксцентри­ ситет е2, момент инерции сечения J относительно оси 2—2 и площадь поперечного

Рис. 35. Схемы изгиба балки вследствие поперечной усадки поперечных швов

1 и 2

сечения двутавра F2. Прогибы суммируют с учетом их знака: в данном примере они направлены противоположно. В случае, если балка, состоящая из нескольких элементов (рис.34, а), вначалесобрана на прихватках, а затем сваривается швами I и / / , то при вычислении прогибов и укорочений предполагают, что швы обеспе­ чивают достаточно жесткую связь между элементами, и в расчет вводят момент инерции J и площадь F всего поперечного сечения, а также эксцентриситет е8 для усадочной силы от швов / и эксцентриситет е2для усадочной силы от швов II,

Иногда в расчетах во внимание принимают последовательность укладки, чтобы учесть влияние напряженного состояния металла на усадочную силу. В этом случае необходимо использовать формулу (34) для определения усадочной силы.

Поперечные швы, расположенные перпендикулярно к продольной оси балки и присоединяющие различные элементы, вызывают укорочение балок и, если они смещены относительно центра тяжести поперечного сечения балки, их из­ гиб. Для определения перемещений балки вначале необходимо определить усадку Дпоп в зоне уложенного шва. На рис. 35, а и б показан простейший пример при­ варки полосы угловыми швами 1 и 2. От шва 1 усадку в направлении х — х ис­ пытывает верхний пояс на участке площадью Fэ = lôn (рис. 35, б). Величина Анои может быть определена по формуле (38) с учетом тепла, вводимого в полку, по формуле (39). Если поперечный шов пересекает участки, к которым приварены стенки, как это показано на рис. 34, в, то средняя поперечная усадка Дпоп. ср должна быть определена по формулам (40) или (41) с учетом разъяснений, дан­ ных к рис. 21.

После определения средней поперечной усадки находят продольное укороче­ ние балки от одного шва

где F9 — площадь поперечного сечения части элемента, где расположен шов, равная /0„ на рис. 35, б или / п 6П на рис. 35, а, см2; F — площадь поперечного сечения балки, см2.

Продольные укорочения балки от отдельных швов суммируются.

Для определения прогиба балки от поперечных швов необходимо найти угол поворота двух частей балки относительно друг друга от каждого шва в от­ дельности (рис. 35, г) по следующей формуле:

плечо L2, можно определить прогиб /.

Если балка имеет большое число поперечных швов (рис. 36, а, б), то ее прогиб определяется с учетом углов ф (рис. 36, в) от отдельных швов и длин участков между швами. Методика расчета укорочения и изгиба балки от усадки сварных соединений, находящихся на вертикальных стенках, остается той же самой (рис. 36). В формулах (50) и (51) необходимо использовать F9 = /В0С и 5 = е/п0с, т. е. F9 и S для того участка вертикальной стенки, который испытал поперечную усадку. Суммарный прогиб / должен находиться с учетом характера изгиба, представленного на рис. 36, в.

Скручивание балок. Причины закручивания балок изучены недостаточно. При сварке балок с тонкостенными открытыми профилями, таких как двутавро­ вые, Н-образные, П-образные и др., скручивание возникает вследствие неодно­ временной поперечной усадки углового шва по его длине (рис. 37, а). Например,

бежать закручивания данного вида. Возможна крутильная форма потери устой­ чивости. Например, крестообразная балка на рис. 37, б вследствие действия усадочной силы и появления сжатия в листовых элементах закручивается в ре­ зультате потери устойчивости.

Балки коробчатого профиля, собранные на прихватках (рис 37, в), закручи­ ваются после сварки вследствие продольного смещения А* при выполнении про­ дольного шва (рис. 37, г). Такое смещение по своему действию равносильно приложению фиктивных крутящих моментов М (рис. 37, б), Угол закручивания балки

AxL

В случае пересекающихся элементов набора и швов искривления имеют сложный характер. Эти случаи подробно описаны в работе [10].

Потеря устойчивости листовых элементов. Потеря устойчивости возникает в результате действия остаточных напряжений сжатия, вызванных усадкой ме­ талла в зоне сварных соединений.

Для определения возможности потери устойчивости необходимо найти дей­ ствующие усадочные силы и напряжения, условия закрепления рассматриваемых элементов по контуру, вычислить критические силы и сравнить их с действую­ щими. На рис. 39, а показана двутавровая сварная балка, вертикальный лист которой и пояса испытывают продольные сжимающие напряжения

Вертикальную стенку можно рассматривать как полосу, заделанную по двум длинным сторонам (рис. 39, б), а пояс — как полосу, один край которой свободен, а другой заделан (рис, 39, в).

Критическое напряжение для стенки

(рис. 39, г), когда создается двухосное сжатие; в случае вварки в лист какого-либо элемента, когда возникают окружные сжимающие напряжения OQ (рис. 39, д); при вварке плоского днища (рис, 39, е), а также при сварке листов между собой (рис. 39, ж).

Определение перемещений wmax после потери устойчивости рассмотрим на

примере стенки двутавровой балки (рис. 40, а). В закритической области после потери устойчивости стенки возникнет некоторое укорочение балки Дпр. На

после потери устойчивости в точке А изменяется нелинейно. Для решения рас­ сматриваемой задачи необходимо располагать нелинейной зависимостью Рс от Дпр. В точке В, соответствующей равновесию сил, сумма Р 2 = Рп + Рс равна

усадочным силам 2Рус. На рис. 40, б показана зависимость ютах от Дпр, которой

также необходимо располагать для решения задачи. В более сложных случаях потери устойчивости для расчетов могут быть применены энергетические ме­

тоды [5].

Перемещения в оболочках. Наиболее распространенными сварными соедине­ ниями в оболочках являются кольцевые, продольные и круговые швы (рис. 41).

В процессе выполнения однопроходного кольцевого шва электрошлаковым способом свариваемые оболочки поворачиваются относительно друг друга и сближаются, в результате чего происходят сложные изменения сварочного за­ зора [4] и возникает излом продольной оси оболочек. В тонкостенных оболочках из сталей и титановых сплавов вследствие окружной усадки зоны пластических деформаций кольцевых швов периметр уменьшается (рис. 42) в зоне протяжен-

равной толщине Ô и более. В оболочках из алюминиевых сплавов наблюдается некоторое местное увеличение периметра в зоне шва.

Продольные швы, сокращаясь в результате усадки, вызывают изгиб длинных оболочек (рис. 43, а), величину которого можно определить по формуле (46), и местное искажение окружности у коротких оболочек, выражающееся в росте

с деталью не возникали проскальзывания или пластические деформации в на­ правлении измеряемого перемещения. Передаточные детали должны либо до­ полнительно охлаждаться, чтобы не изменять свои размеры, либо быть так спроектированы, чтобы их расширение не влияло на результаты измерения. Датчики должны быть защищены от возможного нагрева.

Остаточные перемещения определяют с применением обычных измеритель­ ных инструментов: линеек, измерительных лент и индикаторных головок (рис. 45). Для этой цели снимают также профилограммы, измеряют прогибы с помощью отвеса или натянутой струны; периметры оболочек измеряют струнным пери-

деформаций и напряжений при спарке для случая плоского напряженного состояния —