Оcновы сварки судовых конструкций

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Оcновы сварки судовых конструкций

• если металл работает в упругопластической области и подвержен тепловому нагружению, то действительная деформация е будет равна сумме упругой, пластической и температурной деформаций:
...
Выделим на некотором расстоянии .г от начала координат двумя бесконечно близкими сечениями аа и ЬЬ, перпендикулярными к оси ОХ, участок балки а\х\ отнесем его к единице длины и изобразим в несколько увеличенном виде (рис. 15.5, б, в). Предположим теперь, что балка подвержена внешнему нагружению (центральной продольной силой Лг и изгибающими моментами в плоскостях Х0І и ХОУ М% и Му
...
гружением. Это удлинение (укорочение) волокна может быть реализовано полностью, частично или вообще не реализовано по причине, что это удлинение (укорочение) ограничено смещенным сечением ЬчЬ\см. рис. 15.5, б, в), которое, согласно гипотезе плоских сечений, правомерной для балок, всегда при деформировании балок остается плоским. Таким образом, согласно выражению (15.5), действительная относительная продольная деформация каждого волокна в сечении балки г(у,
...
где АУ - величина объемного изменения металла, обусловленная пластическим деформированием в продольном направлении на всю длину балки, см *; I - длина балки, см.
...
ния жесткости конструкции решение термомеханической задачи получают на простейших элементах, сосредоточивая внимание на указанной выше области металла, а принятие допущения о механических свойствах металла (см. подразд. 15.1) значительно упрощает рассмотрение процесса теплового нагружения.
...
Деформационная задача не является специфической. Аналогичные задачи рассматриваются в теории остаточных напряжений, вызываемых другими технологическими процессами. Решение их может быть выполнено как методами прикладной теории упругости, так и методами сопротивления материалов. Деформационная задача (см. подразд. 15.2) уже рассмотрена.
...
Прорезюмируем замечания об основных упрощениях и допущениях, принимаемых в инженерных методах определения сварочных деформаций и напряжений.
...
ными напряжениями су. Усиливает это допущение наличие зоны разуп-рочненного металла, нагретой выше температуры Т*, расположенной узкой полосой позади источника и разделяющей область металла в районе высокого нагрева на две части, между которыми нет силового взаимодействия. Погрешности от принятия допущения одномерности напряженного состояния тем меньше, чем выше скорость сварки и ниже коэффициент теплопроводности металла.
...
Под кинетикой продольных сварочных деформаций и напряжений понимают процесс их образования и развития в течение всего периода нагрева и охлаждения изделия.
...
Рассмотрим образование продольных сварочных деформаций и напряжений при сварке простейшей балочной конструкции (балки-полоски) с центральным продольным швом (сварка встык двух узких пластин). Допустим, что материал пластин - малоуглеродистая сталь и что неравномерностью нагрева пластин по толщине можно пренебречь. Выделим двумя близкими сечениями аа и ЬЬ, перпендикулярными к оси шва, участок балки-полоски сЬс и отнесем его к единице длины, т. е. этот участок будет представлять полоску в направлении у* единичной ширины (рис. 16.1, а).
...
При обычной жесткости свариваемых элементов относительные действительные деформации вдоль оси х, обусловливающие фактическое изменение длины призм, значительно меньше относительных температурных деформаций. Поэтому в первом приближении действительными продольными деформациями е( можно пренебречь и полагать, что длина призм в процессе сварочного нагрева и охлаждения не изменяется, т. е. они находятся в условиях жесткого закрепления (е( = 0).
...
- кривые свободных температурных деформаций элементарных призм, расположенных на различных расстояниях от оси шва; / - распределение максимальных свободных температурных деформаций по сечению балки-полоски
...
На рис. 16.1, в изображены кривые ТЦ для ряда точек, расположенных на разных расстояниях от оси шва. Очевидно, что путем изменения масштаба кривые ТЦ призм можно рассматривать как кривые их свободных температурных деформаций, в частности, в продольном направлении г7 = аГ(г). т. е. длина призм, если бы они были свободны, изменялась бы при нагреве согласно этим кривым. Но сделанное выше допущение о неизменяемости длины призм в процессе сварочного нагрева и охлаждения предполагает:
...
16.2. ОБРАЗОВАНИЕ ПРОДОЛЬНЫХ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ И НАПРЯЖЕНИЙ
...
• если же призма охлаждается, то она хочет уменьшить свою длину, но так как это тоже запрещено, в ней появляются упругие деформации растяжения и соответствующие растягивающие напряжения. В случае, если призма была предварительно нагружена, например при нагреве сжимающими напряжениями, то при последующем охлаждении нагружению будет предшествовать упругая тепловая разгрузка. Следует также отметить, что если в рассматриваемых призмах в процессе теплового нагружения получат свое развитие не только упругие, но и пластические деформации (неизбежность их развития показана в примере подразд. 14.2), то для оценки конечного (остаточного) состояния при сварочном нагреве и охлаждении следует проследить всю историю теплового нагружения конкретных призм.
...
Проследим за развитием деформаций и напряжений в отдельных призмах в зависимости от их ТЦ (кривых свободных температурных деформаций) на совмещенных графиках (рис. 16.2): слева график ег-г, иллюстрирующий термодеформационный процесс во времени, справа - диаграмма растяжения-сжатия о-£, совмещенная по масштабу относительных деформаций с левым графиком. На левом графике для последующих рассуждений фиксируется зеркальное отражение относительно оси 0-í кривой свободных температурных деформаций конкретных призм с(..
...
Анализируя полученный результат, можно утверждать, что во всех периферийных призмах, у которых а Г пх < 8
...
Обобщая полученные результаты по конечному состоянию в отдельных призмах, следует отметить, что, если призма испытывает растягивающие напряжения, то она стремится укоротиться. Это общее стремление всех призм, в которых произошли необратимые объемные изменения, укоротиться обусловливает появление сжимающей силы (подразд. 15.2):
...
Обобщая проведенный выше анализ по тепловому нагружению всех призм, получаем эпюру, характеризующую распределение остаточных пластических деформаций по ширине сварного соединения (рис. 16.3, а).
...
Определение объема продольного укорочения сварного соединения
...
Проследим за развитием упругопластических деформации в отдельных призмах на упрощенной диаграмме (рис. 16.4, а).
...
Замечание: обычно в основную формулу (16.8) вводят еще один поправочный коэффициент К , учитывающий влияние толщины свариваемых элементов. При увеличении толщины свариваемых элементов меняется мерность распространения теплоты, приводящая к изменению области, в которой происходят необратимые объемные изменения. При наплавке валика на полубесконечное тело О -> х ) значимый коэффициент в формуле (16.8) уменьшается до значения -0,255. В практических расчетах при сварке элементов малых и средних толщин, в основном и применяемых в судовых конструкциях, рекомендуется брать значения К = 1.
...
При одновременном учете влияния теплоотдачи, начального напряженного состояния и толщины свариваемых элементов формула для определения объема продольного укорочения сварного соединения приобретает вид
...
Заметим, что область холодного металла охватывает нагретую область с трех сторон и создает для нее жесткий подковообразный контур.
...
Выделим двумя близкими сечениями аа и ЬЬ, перпендикулярными к оси шва, участок балки йх и отнесем его к единице длины. Продольными сечениями разделим этот участок на ряд элементарных призм сечением 5 •
...
можно развитие только свободных температурных деформаций, так как принципиально ничто не ограничивает изменение линейных размеров призм в поперечном направлении (поперечные напряжения о, в процессе нагрева и охлаждения призмы равны нулю). В то же время при определенных условиях нельзя исключить возможное пластическое деформирование отдельных призм в поперечном направлении, металл которых находится в полностью разупрочненном состоянии. В предположении, что в поперечном направлении возможны объемные изменения, обусловленные пластическим деформированием, для оценки конечного состояния в призмах следует проследить всю историю их теплового нагружения.
...
Определение объема поперечного укорочения сварного соединения
...
толщине пластическими деформациями металла в поперечном направлении. Очень часто, особенно в судовых конструкциях, наличие различных связей, препятствующих смещению металла к оси шва (например, ребер жесткости, пересекающих шов), также может приводить к уменьшению пластического обжатия металла. Перечисленные факторы уменьшают величину объема поперечного укорочения. Поэтому в инженерных расчетах для приближенной оценки коэффициента поперечного укорочения рекомендуется использовать эмпирическую формулу, предложенную С. А. Кузьминовым:
...
где К - коэффициент, учитывающий степень прогрева свариваемых элементов по толщине. Он определяется по графику (рис. 16.6, а)
...
С этой же целью, для приближенного определения р7 с учетом глубины проплавленпя и влияния раскрепляющего ребра жесткости, можно рекомендовать зависимость, предложенную В. А. Винокуровым и А. Г. Григорьянцем:
...
сквозного, так и несквозного прогрева по толщине, когда зона пластических деформации охватывает не всю толщину свариваемых элементов.
...
где Г* - температура, при которой металл восстанавливает свои упругие свойства. Полагая, что у нижней поверхности поперечное укорочение пренебрежимо мало, получаем
...
В частности, угловые швы тавровых соединений без разделки кромок свариваемых элементов ассоциируются с выполнением швов в разделку 90°, для которых р = 2а Г* * 0,02 рад.
...
В случае двустороннего шва выполнение второго углового шва на той же погонной энергии, что и первого, обусловит увеличение излома полки в два раза за счет повторного неравномерного нагрева полки. А литейная усадка второго шва, которой препятствует металл первого шва, вызовет появление растягивающих напряжений в швах, которые обусловят:
...
где А\\ - объем продольного укорочения на всю длину /-го продольного шва, длина шва обычно равна длине балки 1\г и у - координаты центра тяжести объема продольного укорочения /-го шва; /\ Д., ]у - площадь и моменты инерции сечения балочной конструкции.
...
При приближенных расчетах можно пренебречь влиянием начального напряженного состояния, вызываемого наложением предшествующих швов. Однако при более точных расчетах это влияние может быть учтено (см. подразд. 16.2).
...
Следует обратить внимание на наличие близкорасположенных продольных швов. Если шов накладывают вблизи от ранее выполненного шва так, что образуемая им пластическая зона частично перекрывает пластическую зону, возникаемую от предыдущего шва, то объем продольного укорочения от последующего шва увеличивает объем продольного укорочения от предыдущего шва лишь настолько, насколько он увеличивает зону пластических деформаций (рис. 17.1, а).
...
При решении ряда вопросов возникает необходимость знать величину и распределение остаточных сварочных напряжений, в частности, при проверке устойчивости отдельных элементов сварной конструкции, оценке работоспособности сварных соединений и в некоторых других случаях.
...
Однако обычно строят упрощенные эпюры остаточных напряжений, исходя из следующих соображений. Эпюры остаточных продольных пластических деформаций представляют собой площадь криволинейной трапеции ЛВйС
...
На рис. 17.4 показаны упрощенные эпюры остаточных деформаций и напряжений, которые возникают в поперечном сечении элементов от продольных швов. Построение эпюр выполняют следующим образом. В определенном масштабе изображают ширину элемента и ширину пластической зоны в районе шва. Затем проводят линию аЬ,
...
же как и общее укорочение оси балки Д/,0. Укорочение оси балки и углы поворота ее концов определяют по общим формулам (15.26), заменив в них Д V
...
Если оалочная конструкция длиной I имеет т поперечных швов, выполнение которых производится при неизменных геометрических характеристиках сечения балки по длине, то ее общие деформации определяются суммой деформаций, возникающих от каждого шва в отдельности:
...
Если балочная конструкция длиной Ь имеет п продольных и т поперечных швов, выполнение которых производится при неизменных геометрических характеристиках сечения балки по длине, то определение общих сварочных деформаций конструкций балочного типа следует производить в следующем порядке.
...
17.4. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЩИХ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ В БАЛОЧНЫХ КОНСТРУКЦИЯХ
...
полке является /-м поперечным швом, ц - погонная энергия сварки /-го шва. В расчетную формулу следует подставить не все значение ц , а только часть погонной энергии сварки, идущую на
...
и тепловые характеристики нагрева свариваемых элементов. Эти характеристики рекомендуется находить в первую очередь и далее рассматривать их как исходные данные к расчету. Для того чтобы не повторять в каждом из приведенных ниже примеров вычисление указанных характеристик, приведем расчетные формулы, по которым они определены. Геометрические характеристики сечения балочной конструкции.
...
Пример 1. Оценить ожидаемые общие сварочные деформации тавровой балки при возможных вариантах выполнения равнопрочного поясного шва.
...
Поясной шов, являющийся по отношению к оси балки продольным, может быть выполнен как односторонним с расчетным катетом так и двусторонним с катетом к,;,
...
2-й вариант - 1-й технологический этап: стенка и нижняя полка собираются на жестких прихватках, далее выполняются последовательно угловые швы 1
...
3-й вариант - 1-й технологический этап: собирается и сваривается стенка с верхней полкой (рис. 17.5, г, швы 1 и 2); 2-й технологический этап: выставляется, фиксируется и приваривается нижняя полка (швы 3
...
Предложенные три варианта сборки и сварки балки - три разные задачи, которые следует решать отдельно, при этом эффектом начального напряженного состояния для последующих швов пренебрегаем, так как расчеты носят оценочный характер.
...
Вначале проведем расчет потребных в дальнейшем геометрических характеристик сечений балок: ось сравнения 0'-0' проводим через центр тяжести нижней полки (рис. 17.5, д-ж),
...
Далее определяем объемы укорочений соответственно от всех сварных швов. В балке их четыре, длина каждого равна длине балки, по отношению к оси балки они являются продольными, причем их следует разделить на две пары близкорасположенных продольных швов. Суммарный объем продольного укорочения от пары близкорасположенных швов (значение коэффициента перекрытия пластических зон берем рекомендуемое К х = 1,2) будет равен [формула (17.13)]
...
Анализируя полученные результаты, видим, что 3-й вариант изготовления балки, дающий наибольшие изгибные деформации, является нерациональным. Наименьшие изгибные деформации обеспечивает 2-й вариант, но, с точки зрения технологичности, более приемлем 1-й вариант изготовления: изгибные деформации несколько больше, чем во 2-м, но трудоемкость изготовления балки меньше (меньше подготовительных работ). При сопоставлении 2-го и 3-го вариантов напрашивается аналогия с изготовлением сложных конструкций из крупных узлов (блоков, секций), например: нижняя широкая полка - объемная днищевая секция, стенка - бортовые секции, верхняя узкая полка - палубная секция. Результаты расчетов позволяют дать некоторые рекомендации:
...
Пример 3. Определить общие деформации балки фундамента, обусловленные продольными и поперечными швами. Геометрические характеристики сечения балки (рис. 17.6): F=68 см2; /у = 12070 см1; ]у = 903 см1. Длина балки 6 м. Материал - низкоуглеродистая сталь. Погонная энергия сварки всех швов 14000 Дж/см. Балка предварительно полностью собрана на жестких прихватках.
...
Влиянием начального напряженного состояния пренебрегаем. Коэффициент перекрытия пластических зон двусторонних продольных швов Ки = 1,2. Характеристики швов приведены в табл. 17.3: 1
...
<У„. =</„,, =</„-^-= 14000- 2912 =10500Дж/см; 2а'п+$р
...
Обычно секции изготовляют в условиях сборочно-сварочных цехов из готовых элементов: полотнищ, балок и определенного числа деталей, -направляемых на сборку россыпью. Более рационален раздельный метод сборки и сварки, позволяющий максимально использовать механизированные способы сварки. В то же время общие сварочные деформации неизбежны при любой последовательности сборки и сварки секций.
...
Поэтому количественная оценка ожидаемых общих сварочных деформаций конкретной секции необходима не только для выбора оптимального варианта ее изготовления, но и для решения о назначении специальных мероприятий, обеспечивающих требуемую точность изготовления секции.
...
Расчет общих сварочных деформаций секций сводят к расчету деформаций конструкций балочного типа. С этой целью секции первых двух групп расчленяют на составляющие балки, а секции третьей группы заменяют условной составляющей балкой.
...
Расчленение на составляющие балки производят следующим образом. В рассматриваемом направлении (продольном или поперечном) выделяют элемент набора с присоединенным пояском полотнища. Ширина присоединенного пояска назначается равной расстоянию между набором, если оно менее 50 толщин полотнища, и равной 50 толщинами, если имеет место обратное неравенство. В составляющую балку включают также примыкающие к ней части элементов перекрестного набора на ширине присоединенного пояска. Далее, согласно методике определения общих сварочных деформаций в балочных конструкциях (см. подразд. 17.4), определяют общие сварочные деформации составляющей балки. Если секция расчленяется на одинаковые составляющие балки, то ее деформации будут такими же, как и деформации одной составляющей балки. В противном случае определяют деформации нескольких составляющих балок, которые характеризуют деформации секции в соответствующих сечениях. При этом предполагается, что деформации одной составляющей балки не оказывают влияния на деформации соседних балок.
...
Для определения параметров жесткости условной балки секцию разбивают на составляющие балки. Для каждой из них определяют геометрические характеристики сечения, затем результаты усредняют, получая значения параметров жесткости условной балки: ее высота, площадь сечения, момент инерции и другие параметры равны средним арифметическим значениям от соответствующих величин составляющих балок. Далее определяют общие сварочные деформации условной балки по методике, изложенной в подразд. 17.4, и полагают, что эти значения деформаций характеризуют деформации секции в целом в рассматриваемом направлении.
...
Расчет деформаций секций (составляющих или условных балок) выполняют с учетом изменения параметров жесткости на отдельных технологических этапах. Общие деформации укорочения и изгиба секции определяют суммированием соответствующих величин, возникающих на каждом технологическом этапе ее изготовления.
...
Для того чтобы суммировать укорочения, полученные по центральным осям секции на отдельных этапах ее изготовления, необходимо произвести пересчет этих укорочений на укорочение по центральной оси готовой секции. Этот пересчет производится по формуле
...
В заключение следует заметить, что на величину объемов укорочений монтажных швов существенное влияние могут оказать усилия, возникающие от веса корпуса и от реакций кильблоков.
...
одной поперечной составляющей балки. Геометрические характеристики сечений балок (составляющих балок) и тепловые характеристики сварных швов приведены в табл. 17.4, 17.5.
...
Шпангоут представляет собой сварную тавровую балку: стенка сваривается с полкой поясным двусторонним швом (два близкорасположенных продольных шва):
...
коэффициент поперечного укорочения сварного соединения цЛ =-1,25[0,25+0,75/Спр(0,1+0>9^р)" = = -1,25[0,25 + 0,75 • 1[0,1 + 0,9-0,92]] = -1,18.
...
В подразд. 16.4 был рассмотрен случай сварки таврового соединения односторонним и двусторонним угловыми швами, возникающий при этом излом в полке характеризуется угловой деформацией р, завися-
...
В случае приварки набора (многих ребер жесткости) к полотнищу под каждым ребром жесткости полотнище получит излом, характеризующийся углом р, и конструкция будет иметь вид (рис. 18.1, а).
...
Местные деформации характеризуют искажение формы отдельных элементов конструкции и обычно проявляются в выходе из плоскости свариваемых элементов. В некоторых случаях при сварке стыковых и тавровых соединений наблюдаются изломы и наклоны свариваемых элементов. Направленность этих изменений с возможной расчетной оценкой рассмотрена в подразд. 16.4.
...

Азотирование и карбонитрирование
Оcновы сварки судовых конструкций
Материаловедение
Російсько-український словник зварювальної термінології. Українсько-російський словник зварювальної термінології.
Металловедение для сварщиков (сварка сталей)

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Оcновы сварки судовых конструкций