Оcновы сварки судовых конструкций

Листать книгу

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

скачать книгу Оcновы сварки судовых конструкций

Общий метод определения указанной деформации заключается в следующем. Из полотнища перпендикулярно к сварным швам выделяется балка-полоска. Шов, вызывающий изгиб полоски (выход элемента полотнища из плоскости), заменяется шарниром, в котором располагают фиктивный момент А/ (рис. 18.1, б).
...
где & - коэффициент, зависящий от соотношения сторон пластины и характера закрепления ее кромок (табл. 18.1); V
...
так как сближение торцевых сторон пластины, обусловленное дальнейшим укорочением металла в районе швов, приводит лишь к увеличению выпучины, не меняя ее длины по дуге. Таким образом, конечная длина дуги выпучины
...
где Лг₍ - объем продольного укорочения сварного соединения на единицу длины шва;
...
Стыковые швы следует назначать с минимальным усилением, предпочитая Х-образную разделку кромок У-образной, так как при этом примерно вдвое уменьшается количество наплавленного металла, уменьшаются или совсем исключаются угловые деформации (рис. 19.1, а).
...
Угловые швы тавровых соединений следует назначать с катетом, минимально допустимым по условию прочности. Если такой катет получается меньше, чем технологически осуществимый (-3,5 мм), то назначают прерывистый шов (рис. 19.1, б).
...
19.3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ СВАРОЧНЫХ ДЕФОРМАЦИЙ
...
перекрестный набор, приварку которого осуществляют полуавтоматической сваркой. Такая последовательность обеспечивает минимальные деформации изгиба секции в направлении, перпендикулярном к набору главного направления. Действительно, поперечные укорочения сварных соединений набора главного направления с полотнищем вызывает в этом случае укорочение секции, но не изгиб.
...
8. Применение раздельного метода формирования сложных объемных конструкций (секции третьей группы). В общем случае сложную конструкцию, например объемную днищевую секцию, расчленяют на отдельные узлы (подсекции), которые свариваются отдельно, как самостоятельные конструкции, с использованием требуемых мероприятий по уменьшению ожидаемых общих сварочных деформаций. Далее сложная конструкция формируется из готовых узлов (подсекций), причем сборку целесообразно вести от наиболее жесткого узла. Формирование корпуса судна, являющегося очень сложной объемной конструкцией, следует вести на построечном месте из укрупненных узлов (крупных секций, блоков). Опыт существующих методов формирования корпусов судов на стапеле позволяет сделать ряд рекомендаций по уменьшению ожидаемых деформаций:
...
Для предотвращения местных сварочных деформаций применяются те же примы, что и для борьбы с общими деформациями. Выделим наиболее простые.
...
В заключение следует отметить, что не может быть универсальных однозначных рекомендаций по предотвращению сварочных деформаций различных видов. В каждом конкретном случае на базе теории сварочных деформаций и напряжений следует критически анализировать возможность применения различных методов уменьшения сварочных деформаций и применять оптимальный для конкретной конструкции. Не следует забывать, что всякие случайные принудительные подгонки при сборке вызывают в изделиях начальные напряжения, в результате чего нарушаются стабильность размеров и формы изделия. Борьба с такими деформациями чрезвычайно затруднена вследствие их
...
соединения. При применении общего отпуска на этапах нагрева и выдержки образуются необратимые пластические деформации растяжения и деформации ползучести, что и приводит к снижению напряжений. Температуры отпуска [°С], обеспечивающие снижение остаточных напряжений до уровня (0,05...0,2)о , для различных сплавов находятся в следующих пределах:
...
При применении местного отпуска, т. е. нагрева отдельных участков сварного соединения по необходимому ТЦ (газовое пламя, электрическая дуга, инфракрасные излучатели и др.), образуются необратимые пластические деформации растяжения в приповерхностных слоях сварного соединения, приводящие к перераспределению остаточных сварочных напряжений и снижению их уровня.
...
С целью компенсации пластических деформаций укорочения, обусловленных сваркой, создают в сварном соединении пластические деформации удлинения. Это достигается осаживанием металла по толщине для его удлинения в плоскости сварного соединения. При этом не стремятся к тому, чтобы обеспечить равномерное уменьшение пластических деформаций и, соответственно, остаточных напряжений в зоне сварного соединения. Преследуется только одна цель - уменьшение величин объемов укорочения. Обычно применяют следующие способы.
...
Проковка - применяется как в процессе сварки по остывающему металлу, так и после полного охлаждения сварного соединения. Проковкой осаживают металл по толщине, создавая пластические деформации удлинения в плоскости, перпендикулярной направлению удара. Этим достигают уменьшения растягивающих или даже появления сжимающих напряжений. Проковка ведется механизированным инструментом с малыми (до 6...7 м/с), средними (до 100 м/с) и высокими (более 100 м/с) скоростями движения бойка. Проковка маневренна, в этом ее преимущество перед другими методами. Следует опасаться снижения пластичности металла вследствие ее исчерпывания при проковке.
...
Импульсная обработка взрывом - применяется как средство повышения выносливости сварных соединений при переменных нагрузках. При такой обработке происходит перераспределение остаточных сварочных напряжений. Для ее осуществления используют заряды ленточного типа, которые укладывают на обрабатываемые поверхности.
...
Прокатка зоны сварного соединения - используется, главным образом, для уменьшения остаточных напряжений и для заглаживания швов. В местах прокатки растягивающие напряжения уменьшаются и могут стать даже сжимающими. Прокатка производится стальными роликами шириной 5,0...15,0 мм. Не рекомендуется применять прокатку для конструкций из малопластичных материалов. При наличии коррозионной среды требуется проверка влияния прокатки на коррозионную стойкость сварных соединений.
...
Возможен и другой путь создания в сварном соединении пластических деформаций удлинения, заключающийся в растяжении сварного соединения в пределах всей конструкции за счет образования новых пластических деформаций удлинения. Это достигается нагружением уже готовой сварной конструкции - либо растяжением, либо (чаще) изгибом. Более подробно взаимодействие внешних усилий с полем остаточных сварочных напряжений на всех этапах нагружения сварного соединения будет рассмотрено в следующем разделе.
...
Когда готовое судно еще находится на построечном месте (на наклонном стапеле), в металле его корпуса уровень и распределение остаточных напряжений, обусловленных сборочно-сварочными работами, наиболее опасны. Спуск судна - это первое наиболее опасное испытание в его жизни. Можно утверждать, что при благополучном спуске, т. е. после первого серьезного нагружения (нагружения изгибом), судно становится как бы «моложе».
...
Также следует отметить очень перспективный метод уменьшения остаточных сварочных напряжений - механическую вибрацию. Сущность метода - воздействие на сварную конструкцию переменной нагрузкой, создаваемой с помощью вибратора на частоте, близкой к резонансной. Основные преимущества метода вибрации - универсальность и простота оборудования, высокая скорость снятия напряжений. Он особенно эффективен, когда не может быть использована термообработка, например в случае сварных соединений из разнородных металлов.
...
Метод термической правки получил широкое распространение при производстве сварных конструкций благодаря простоте и маневренности. Метод основан на создании с помощью местного нагрева дополнительных пластических деформаций укорочения в зонах, имеющих излишнее удлинение. Механизм образования деформаций при правке аналогичен сварочному. В качестве источников теплоты используется главным образом газовое пламя, позволяющее довольно просто регу-
...
лировать количество и распределение вводимой теплоты. Сварочная дуга, как более концентрированный источник, используется для правки конструкций из материалов с высокой теплопроводностью. Нагрев ведут пятнами или полосами. Необходимо стремиться к кратковременному и концентрированному нагреву, чтобы соседние зоны оставались не нагретыми и сопротивлялись расширению нагретого металла, вызывая в нем пластические деформации укорочения.
...
О результате правки можно судить лишь после полного охлаждения конструкции. Листовые элементы иногда после нагрева осаживают молотками на плоскость. Так как нагретый металл имеет низкий предел текучести, то он легко осаживается, при этом в нем возникают пластические деформации укорочения.
...
Успех правки зависит от квалификации и опыта правщика, так как технологу трудно регламентировать и контролировать все параметры правки.
...
Хрупкость и вязкость не есть неизменные свойства металлов шва или основного металла, а являются состояниями, в которых они могут находиться.
...
Как правило, сварные соединения в хрупком состоянии для эксплуатации не пригодны. Они чувствительны к концентраторам напряжений, плохо сопротивляются ударным нагрузкам. Сварные соединения, которые имеют большой запас пластичности, лишены этих недостатков.
...
Двойственный характер разрушения металлов обусловливает необходимость разработки двух расчетных методик оценки прочности сварных соединений и конструкций. Одна методика должна позволять производить оценку прочности в условиях нахождения металла конструкции в пластичном состоянии и предусматривать возможность вязкого разрушения; другая - позволять оценивать прочность сварных соединений и конструкций, металлы которых находятся в хрупком состоянии, и предусматривать возможность хрупкого разрушения. Первая из указанных методик давно разработана, многократно экспериментально проверена и широко используется в инженерной практике. Надежной методики расчета сварных соединений и конструкций на вероятность хрупкого разрушения еще не существует, хотя этой проблеме уделяется все возрастающее внимание. В настоящее время для оценки хрупкой прочности сварных соединений применяются специальные испытания и различного рода пробы. Полученные при этом экспериментальные данные о склонности к хрупким разрушениям позволяют выбрать основные и сварочные материалы, назначить технологию сварки и конструктивное оформление сварных соединений такими, при которых исключается возможность хрупкого разрушения.
...
Излагаемые ниже методы расчета прочности ставят задачи оценить несущую способность, т. е. допускаемое усилие для проектируемых объектов и соединений, не определяя действительного распределения напряжений в них. Для сварных соединений, металл которых имеет достаточный запас пластичности, допущение о равномерном распределении напряжений при статическом нагружении является вполне оправданным и позволяет использовать простые расчетные схемы. Критериями прочности в них являются допускаемые напряжения.
...
Допускаемые напряжения в швах машиностроительных конструкций устанавливаются в зависимости от допускаемых напряжений для основного металла. С технологической стороны, такой способ установления допускаемых напряжений в сварных соединениях вполне оправдан, так как при автоматической сварке под флюсом, сварке в среде защитных газов и в других случаях механические свойства металла швов зависят в значительной степени от механических свойств основного металла. Это положение позволяет проектировать сварные соединения, равнопрочные основному металлу.
...
К первой группе относятся швы низкоуглеродистых обыкновенного качества и низколегированных сталей, у которых механические свойства металлов швов и околошовных зон соответствуют свойствам основного металла.
...
Рекомендуемые допускаемые напряжения для металлов швов первой группы приведены в табл. 20.1. Например, при сварке низкоуглеродистой стали марки Ст.З, для которой допускаемое напряжение при растяжении [а]р
...
Для швов второй группы сталей допускаемые напряжения назначаются на основе специально проведенных экспериментов в условиях, соответствующих работе проектируемой сварной конструкции.
...
Рассмотрим способы расчета прочности типичных сварных соединений (стыковое, нахлесточное, тавровое) при возможных вариантах статического нагружения растягивающим (сжимающим) усилием, моментом и перерезывающей силой.
...
Тавровые соединения. Угловые швы тавровых соединений, работающих на растяжение (сжатие), встречаются в корпусе судна в местах пересечения разрезного продольного или поперечного набора с непрерывным набором противоположного направления. Образуемые элементами набора крестовые соединения (частный случай тавровых соединений) могут быть выполнены в двух вариантах: с полным проваром разрезного элемента набора (при разделке кромок с одной или двух сторон) (рис. 20.4, а)
...
Стыковые соединения. Эти соединения, работающие на изгиб (рис. 20.5, а), рассчитываются по формулам сопротивления материалов, установленным для целого сечения. Условие прочности имеет вид
...
где () - перерезывающая сила в опасном сечении по длине балки (где () имеет максимальное значение); Л"м - статический момент площади пояска относительно оси У;/ - момент сечения балки относительно оси У; 5
...
Нахлесточпые соединения. Прочность сварных соединений (лобовых и фланговых швов), лежащих в плоскости изгибающего момента М (рис. 20.6), может быть рассчитана методом расчленения усилий сопротивления швов на составляющие. Усилия сопротивления фланговых швов Лг, и М., создают пару, момент от которой
...
В сварных соединениях распределение напряжений неравномерно -имеет место их концентрация, т. е. образование значительных напряжений на участках малой протяженности. Это обусловлено многими причинами, но прежде всего:
...
Указанные местные напряжения в зоне концентрации не опасны для прочности в конструкциях из пластичных металлов при статических нагрузках. Вернемся к рассмотрению эпюры напряжений в полосе, ослабленной отверстием (см. рис. 20.7, б).
...
Сглаживание эпюры напряжений в пластической стадии, рассмотренное на конкретном примере, является закономерным процессом, имеющим место во многих элементах конструкции, в том числе в местах сварных соединений из пластичных сталей (низкоуглеродистых и низколегированных) при одноосных напряженных состояниях (а иногда и многоосных).
...
Однако концентрация напряжений существенно снижает прочность при переменных нагрузках, а в случае ограниченной пластичности металла - и при статических нагрузках.
...
В достаточно широкой практике эксплуатации сварных конструкций наблюдались как вязкие, так и хрупкие разрушения, причем в определенных условиях однотипные конструкции разрушались по-разному.
...
Обычно процесс вязкого разрушения происходит достаточно медленно, сопровождается значительными пластическими деформациями металла. Замечено, что для того чтобы вызвать пластическую деформацию реальной решетки металла путем сдвига по плоскостям скольжения, нужно преодолеть сопротивление сдвигу (срезу) т
...
может, как показывают опыты, достигать очень большой величины (многих сотен метров в секунду). Столь значительная скорость распространения хрупкой трещины предопределяет, что энергия, необходимая для образования новой поверхности трещины, связана только с накопленной в металле упругой энергией. Поэтому для продвижения трещин достаточно сравнительно небольшого среднего напряжения - сопротивления отрыву а
...
в сторону увеличения температуры, если кривая а (7) сдвигается вверх или кривая ооф(7) - вниз. Эти направленные сдвиги могут быть обусловлены:
...
Поэтому для практической оценки перехода металла в хрупкое состояние (для оценки хладноломкости основного металла и металла сварных соединений) прибегают к специальным испытаниям, оценивающим либо склонность металла к началу хрупкого разрушения, либо способность к распространению хрупкой трещины.
...
1. Определение порога хладноломкости путем испытаний образцов. В настоящее время имеется несколько десятков типов образцов самой разнообразной формы с различного рода надрезами, которые испытывают растяжением, изгибом, ударом и другими видами нагрузки. Широкое распространение получили испытания на ударный изгиб. Образцы для этих испытаний обычно вырезаются таким образом, чтобы вершина надреза (различной степени остроты) располагалась либо в литой зоне, либо в ЗТВ на определенном расстоянии от границы сплавления. Испытания проводят при различных, последовательно понижающихся температурах. В результате получают графики зависимости ударной вязкости КСU (KCV) от температуры (рис. 20.9).
...
Определение температуры перехода в хрупкое состояние путем испытаний специальных образцов, имитирующих эксплуатационные разрушения материалов в пределах всей сварной конструкции. Обычно образцы для таких испытаний имеют значительные размеры и конструктивно могут повторять, например, самый жесткий фрагмент (узел) реальной сварной конструкции. В исследуемом месте делается острый надрез или инициируется предварительная трещина. Затем образец устанавливают в зажимы разрывной машины, охлаждают до определенной температуры и статически нагружают до определенного уровня напряжений в месте надреза. Последующее ударное воздействие на образец вызывает хрупкое развитие трещины. Испытания ряда образцов при различном уровне напряжений и температур позволяет построить кривые (рис. 20.10).
...
будет распространяться и пересечет весь образец. Область, расположенная ниже и правее кривой, характеризует температуру и напряжения, при которых однажды возникшая трещина остановится и не будет распространяться. Для каждой стали, для металла конкретного сварного соединения наблюдается характерное для них расположение такой кривой. 3. Определение чувствительности стали к ТЦ сварки. Для оценки пригодности стали для изготовления сварных конструкций применяют также комплексные методы испытаний. Цель этих методов - выбор режимов сварки, обеспечивающих получение свойств околошовной зоны, удовлетворяющих определенным требованиям, а также установление зависимости между свойствами ЗТВ и режимом сварки. В результате комплексных испытаний определяют оптимальный диапазон скоростей охлаждения околошовной зоны при сварке, в котором свойства металла благоприятны: сохраняется высокая стойкость против трещинообразования и перехода в хрупкое состояние.
...
Современные методы расчета прочности изделий основаны на гипотезах непрерывности, однородности и изотропности материалов. В действительности распределение усилий между зернами металла происходит неравномерно. В некоторых зернах могут появиться местные пластические деформации. Многократное повторение пластических сдвигов в одних и тех же объемах металла приводит к появлению разрывов, т. е. образованию первичных микротрещин. При дальнейшем переменном нагружении они имеют тенденцию развиваться: сначала развитие трещин происходит очень медленно, далее постепенно ускоряется, а на последнем этапе происходит внезапное разрушение. При этом местные напряжения оказываются опасными для прочности не только хрупких, но и пластичных металлов.
...
В сварных изделиях вероятность зарождения первичных трещин возрастает, так как процесс сварки приводит к структурной и химической неоднородности металла, появлению дефектов металлургического и технологического происхождения, протеканию необратимых объемных изменений в металле, возникновению остаточных напряжений.
...

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