Файл: Сагалевич, В. М. Методы устранения сварочных деформаций и напряжений.pdf

нет. По-видимому, справедливо следующее: с ростом силы тока и длительности его включения увеличивается зона пластических деформаций; с ростом усилия сжатия электродов в большей мере проявляется дополнительный сдвиг свариваемых деталей за счет несовпадения вер­ шин сфер рабочих поверхностей электродов.

Ведущий ролих

вается сдвиговыми напряжениями, возникающими при передаче усилий с ведущего ролика на ведомый. Свари­ ваемые образцы всегда изгибаются в сторону ведомого ролика (при отсутствии других факторов, влияющих на изгиб); в отличие от точечной сварки с ростом усилия сжатия роликов прогиб уменьшается, хотя влияние силы сварочного тока остается таким же, как при точечной сварке (рис. 1 0 1 , б).

Методы снижения технологических деформаций могут быть дамы только в общем виде. В зависимости от кон­ струкции свариваемого узла и машины возможно при­ менение различных технологических приемов, которые могут снижать не только технологические, но и свароч­ ные деформации, а также общие деформации конструк­ ции в целом.

214

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ СДВИГА ЭЛЕКТРОДОВ ДЛЯ ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ

Одним из основных видов деформаций листовых конструкций (обшивка с соединенными с ней точечной сваркой продольными стрингерами или гофрированными листами) является продольный прогиб, возникающий за счет укорочения точечного шва. Усадочное усилие создает изгибающий момент относительно поперечной оси инерции у—у и является основной причиной дефор­ маций продольного изгиба. Угол поворота ср одного сече­ ния относительно другого в изогнутом сварном узле определяется по формуле (рис. 1 0 2 , а):

где / — прогиб детали; t — шаг точек; L— длина детали.

На точечных машинах возможен самопроизвольный сдвиг электродов, создающий в процессе сварки дефор­ мации изгиба. В зависимости от направления сдвига остаточный продольный прогиб может быть таким же, как при укорочении или удлинении зоны шва. Возмож­ ность управления остаточными деформациями может быть использована для разработки способа предотвра­ щения деформаций при сварке.

Разработанный способ основан на компенсации изгиба, возникающего в процессе сварки от усадочных явлений, обратными по знаку и равными по величине изгибными деформациями от сдвига. Образование деформаций достигается за счет направленного сдвига одного электрода относительно другого на определенную величину (рис. 102,6). Такой сдвиг на величину s пере­ мещает точку Ь в положение Ь' и поворачивает сече­ ние ab на угол ф. Опыты показали, что при сдвиге электродов проскальзывание их относительно сваривае­ мых деталей практически отсутствует и поэтому можно считать

s

(87)

б, + 6..

В случае неплоских (сферических) рабочих поверх­ ностей электродов угол ф будет иметь большее значение,

215

чем вычисленное по формуле (87). Выбрав смещение s

в шаг точки и направлен в противоположную сторону), можно предотвратить возникновение деформаций изгиба.

S )

Рис. 102. Характер деформаций изгиба с панелей от действия усадочного усилия (а) и схема сдвига электродов при точечной сварке (б)

Для определения сдвига, не учитывающего пружинения, утонения бі и 62 от вмятин под электродами, неплоскостности рабочей поверхности электродов и т. д. можно пользоваться формулами (8 6 ) и (87). Если неизвестно то его можно определить на образце длиной I с одним или несколькими стрингерами (пли частью гофра), при­ варенными к обшивке с заданным шагом точки t.

216

Эффективность предложенного спосооа проверяли на

обеспечивалось различной величиной упругих прогибов

лировкой свободной длины нижней консоли. Таким образом, на панелях длиной 2500 мм прогиб был снижен с 38 до 4 мм, на панелях длиной 4000 мм — с 80 до 10 мм. Для рассмотренного способа предотвращения сварочных деформаций целесообразно применять спе­ циальные устройства, обеспечивающие необходимое перемещение электродов при прохождении свароч­ ного тока.

В практике встречается соединение пластин с жест­ кими рамами. К узлам такого типа, предназначенным для ответственных конструкций, предъявляются особые требования в отношении сварочных деформаций, в част­ ности к наличию деформаций потери устойчивости, образующихся после соединения пластины по контуру с рамой. Устранение деформации постановкой техноло­ гических точек, прокаткой швов после сварки трудоемко или трудно осуществимо. В то же время оставлять деформации потерн устойчивости пластин без исправ­ ления не рекомендуется из-за снижения эксплуатацион­ ных характеристик соединения и невозможности качест­ венного выполнения некоторых последующих технологи­ ческих операций.

Обваренная по контуру пластина защемлена с четы­ рех сторон и находится под действием сжимающих усилий, которым эквивалентны распределенные нагрузки в направлении осей X и Y (рис. 103):

Fp — площадь сечения рамы; <7*. Яѵ — распределенные нагрузки.

В расчетах конструкций решение задач о потере устойчивости сводится к нахождению критических на­ пряжений.

Рис. 103. Последовательность (1—4) при­ хватки пластины к каркасу рамы

Построенные по формулам зависимости (рис. 104)

для пластин с отношением— = 1,25 показывают измене-

а

мне прогиба в центре пластин при одинаковой величине относительного укорочения /х и /у по обеим осям.

Из теории пластин извест­ но, что при наименьших крити­ ческих напряжениях теряет устойчивость пластина с отно-

Ь

шепнем — , равным целому

218

квадратной формы, так как неучтенная величина дефор­ мации повышает сопротивление деформациям потери устойчивости. Величина критической относительной де­ формации укорочения может быть определена из усло­ вия равенства нулю числителя выражения (8 8 ). Прини­ мая /х = /у= /, получаем критическую деформацию сжа­ тия

Чтобы предотвратить деформации потери устойчи­ вости, достаточно равномерно растянуть пластину перед сваркой в направлении, противоположном действию усадочного усилия на величину /св—Др. Для этого может быть использовано смещение электродов на точеч­ ных машинах, за счет которого легко осуществить не­ обходимый натяг листов при прихватке. При этом относительное смещение электродов при прихватке должно быть в 2—-2,5 раза больше значения ісв—/кр, так как осуществить равномерное растяжение пластины по всей ширине при прихватке практически трудно.

Применение контактной точечной сварки часто огра­ ничено из-за низкой прочности соединений при уста­ лостных нагрузках. Имеется ряд способов повышения усталостной прочности точечных соединений с помощью различных технологических приемов. Однако большин­ ство из них либо малоэффективны, либо предусматри­ вают проведение дополнительных (к сварочным) трудо­ емких операций, связанных с точным совмещением обрабатывающего инструмента с центром сварной точки и приложением больших усилий на специальном обору­ довании [40].

Некоторого повышения прочности точечных соедине­ ний (до 50%) при переменных нагрузках можно до­ биться за счет рационального конструирования, а имен­ но— повышения жесткости сварных узлов. Но этот путь чрезвычайно редко может быть использован эффективно.

Одним из важнейших факторов, влияющих на уста­ лостную прочность сварных соединений, являются оста­ точные напряжения по границе литого ядра в направ­ лении действия нагрузки. Поэтому имеется конкретный практический смысл их определения в зависимости от основных сварочных параметров.

9* 219