Файл: Майзель В.С. Сварные конструкции учебник.pdf

сечения на рис. 5.4), не может принимать дальнейшей растягива­ ющей нагрузки и в этой работе не участвует. В нем происходят пластические деформации растяжения, которые частично компен­ сируют пластические деформации сжатия, возникающие в про­ цессе сварки. Процесс компенсации пластических деформаций в результате приводит к уменьшению конечных деформаций.

При снятии закреплений, как и всегда при разгрузке, дефор­ мации будут происходить упруго во всех участках сечения, т. е.

Рис. 5.4. К расчету деформаций при сварке в закре­ плениях: а — деформации при сварке без закреплений; б — схема закрепления; в — остаточные деформации после снятия закреплений

в работе будет участвовать все сечение. Поэтому обратный прогиб при снятии закреплений будет меньше прогиба, вызываемого закреплением.

Окончательный прогиб при сварке в закреплении выражается следующей формулой:

инерции сечения с учетом ослабления сечения швами; J — момент инерции всего сечения.

Из этой формулы видно, что прогиб при сварке в закреплении будет меньше прогиба при сварке в свободном состоянии, так как

J о J .

Учитывая, как и в случае применения закреплений, ослабление сечения за счет участка площади, расположенной в районе верх­ них поясных швов, можно установить следующую зависимость между прогибами при нагрузке и разгрузке от закреплений

Эта зависимость показывает, что прогиб при сварке с выгибом меньше прогиба при сварке только с закреплением.

Путем соответствующего выбора стрелки обратного выгиба можно полностью исключить остаточный прогиб. Стрелка обрат­

О

откуда

Jn

Следует заметить, что полное устранение остаточных деформа­ ций для элементов большой жесткости требует приложения весьма значительных усилий.

Реактивные напряжения. При сварке в условиях жесткого закрепления образуются остаточные растягивающие напряжения, называемые реактивными напряжениями. Такое название связано с тем, что величина этих напряжений определяется реакциями того жесткого контура, в котором производится сварка. Подобное положение в реальных конструкциях встречается, например, при сварке монтажных стыков. В монтажных стыках сварка замы­ кающих швов производится в условиях достаточно жесткого закрепления, созданного тем, что детали, свариваемые в послед­ нюю очередь, присоединены уже к сформированной ранее части конструкции, в связи с чем возможность перемещения их сильно ограничена.

При наличии жестких закреплений укорочение в районе шва, вызванное сосредоточенным нагревом при сварке, может привести к появлению трещин еще в процессе остывания нагретого участка. Если этого не произойдет, то оставшееся реактивное напряжение в сумме с напряжениями от внешних сил может явиться причиной снижения прочности в процессе эксплуатации конструкции.

В данном случае снижение прочности возможно потому, что реактивные напряжения создаются не только в сечениях по свар-

ным швам, где некоторое упрочнение в известной мере может снизить отрицательное влияние остаточных напряжений, а также в сечениях по основному металлу, вдали от сварных швов, где нет упрочняющего влияния от местных пластических деформаций.

Наиб >лее эффективной мерой борьбы с реактивными напря­ жениями является выбор соответствующей последовательности сварки, при которой эти напряжения могут быть сильно снижены

кальной стенки, то растягива­ ющие реактивные напряже­

Ѳния будут в стыке стенки, а пояса будутсжаты(рис. 5.6,6).

ѳЕсли оставить на некото­

ром участке незавершенными поясные швы, которые огра­ ничивают перемещение соеди­ няемых деталей (поясов и стенки), и в таких условиях производить сварку стыко­ вых швов монтажного стыка (в последовательности, ука­

занной, например, для случая на рис. 5.6, б), то реактивные напря­ жения будут значительно уменьшены. При этом степень уменьшения напряжений будет зависеть от длины свободного участка I. Сварка поясных швов может производиться в последнюю очередь потому, что продольное укорочение при этом незначительно и реактивными напряжениями можно пренебречь. В этом случае реактивные напряжения можно характеризовать эпюрой на рис. 5.6, в. Однако при такой последовательности сварки возможно появление неже­ лательного изгиба незакрепленных поясов из-за местных угловых деформаций, возникающих при сварке стыковых швов. С целью предупреждения таких деформаций поясам можно придать соот-

ветствующий предварительный упругий выгиб, который будет способствовать также еще большему снижению величины остаточ­ ных напряжений.

Таким образом, в швах, завариваемых в последнюю очередь, возникают растягивающие напряжения, поэтому в балках, пояса

сварки отдельных сварных швов обеспечили высокое качество монтажных стыков. Подобная последовательность сварки монтаж­ ных стыков и меры, принимаемые для устранения в них реактив­ ных напряжений, неоднократно применялись при сварке мно­ гих мостовых конструкций и всегда обеспечивали полный успех.

§ 22. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ВЫСОКОЙ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Термин «технологичность» характеризует комплекс свойств, способствующих изготовлению конструкции с наименьшей за­ тратой средств и времени при одновременном обеспечении задан­ ных для нее качественных показателей.

Изделие считают технологичным, если оно запроектировано так, что при его изготовлении обеспечена возможность применения высокопроизводительных технологических процессов.

Выбор материала. Обеспечение высокой технологичности свар­ ного изделия является одним из основных тербований, которые должны учитываться еще в процессе его проектирования. Выбор материала и конструктивных форм сварных соединений и узлов в значительной степени определяет не только прочностные ха­ рактеристики проектируемого изделия, но и технологические возможности последующего процесса его изготовления.

Для сварной конструкции с позиций обеспечения лучшей технологичности наиболее желательным является такой материал, который допускает сварку обычными сравнительно простыми приемами, не требующими создания особых условий, осложня­ ющих производство (таких, например, как предварительный и сопутствующий подогревы изделия или последующая его термиче­ ская обработка и т. п.).

Впроцессе остывания сварного соединения в нем при некото­ рых условиях возможно появление трещин. Условия образования таких трещин зависят от свойств металла, формы и размеров под­ готовленных к сварке кромок и от технологии сварки.

Взависимости от температуры образования трещин различают «горячие» и «холодные» трещины.

Горячие трещины возникают при температуре, близкой к линии солидуса, в процессе уменьшения затвердевшей прослойки жидкого металла, находящейся в замкнутом объеме между уже

затвердевшими кристаллами. На процесс образования горя­ чих трещин большое влияние оказывает химический состав металла шва, определяющий свойства жидких прослоек.

Для некоторых составов повышение механической прочности идет медленнее, чем рост напряжений, возникающих от сокращения объема. Это и приводит к образованию горячих трещин. Сера, углерод, кремний и водород способствуют образованию горячих трещин, а марганец повышает стойкость металла к трещинообразованию. Чем больше в металле шва элементов, способствующих образованию легкоплавких эвтектик и химических соединений, располагающихся при кристаллизации по границам зерен и затвердевающих в последнюю очередь, тем больше вероятность образования горячих трещин.

Холодные трещины возникают в швах и околошовной зоне, как правило, при температурах ниже 300° С. Причиной их обра­ зования является концентрация углерода и легирующих элемен­ тов, вызывающая закалку. Появлению холодных трещин способ­ ствует также загрязнение металла фосфором.

Для большинства сварных конструкций из малоуглеродистых и низколегированных сталей холодные трещины не характерны. Они могут появляться при сварке углеродистых и легированных сталей, которые применяются в некоторых отраслях машинострое­