СВАРОЧНЫЕ ДЕФОРМАЦИИ И НАПРЯЖЕНИЯ

Влияние последовательности наложения швов

Как отмечалось выше, при сварке сложных составных сече­ний и конструкций характер возникающих деформаций зависит от порядка наложения швов. Поэтому одним из основных средств борьбы с деформациями при изготовлении сварных конструкций является соблюдение надлежащей последовательности наложе­ния швов. Учитывая при этом, что каждый накладываемый шов создает ту или иную степень закрепления свариваемых листов, лишая их одной или нескольких степеней свободы, та или иная последовательность сварки определяет не только характер дефор­маций, но и характер напряженного состояния изделия. Поэтому при выборе рациональной последовательности наложения свар­ных швов необходимо стремиться избегать и недопустимых по ве­личине деформаций и нежелательного для данной конструкции на­пряженного состояния. Так как во многих случаях избежать и деформаций и напряжений не удается, то необходимо, прежде всего, оценить относительное значение тех и других для изго­товляемой конструкции, и в зависимости от этого выбирать та­кую последовательность сварки, при которой основное внимание было бы уделено тому фактору, который наиболее сильно от­ражается на качестве конструкции. При этом, в отдельных слу- 236
чаях, выбранная последовательность наложения сварных швов должна допускать применение специальных приемов борьбы с деформациями и напряжениями (наиример применение обрат­ных выгибов, проколачивание и др.)

Для уточнения некоторых положений, касающихся порядка сборки и сварки конструкций, ниже рассмотрено несколько конкретных примеров.

Если необходимо осуществить приварку диска сварного шкива к ступице и ободу (рис. 208), то последовательность на­ложения швов должна быть.

выбрана различной при разных - У

размерах шкива. Так, если Г '

диаметр шкива велик, а тол - /М

щина обода мала, то, выбрав h-J.8

в этом случае наложение - if I - XZTv-i-f54-1 швов, соединяющих диск с ободом, от некоторой точки последовательно по окружно­сти, легко можно получить выпучину обода, указанную на рис. 208, а пунктиром. Для предотвращения таких дефор­маций необходимо сварку шва производить отдельными уча­стками в последовательности, указанной на рис. 208, а ци­фрами. В этом случае за счет жесткой связи обода с диском деформации последнего будут предотвращены, но создаются напряжения растяжения в ди­ске. При большом диаметре шкива и относительно малой толщине диска эти напряжения в диске и в швах, соединяющих его с ободом, будут невелики и могут быть допущены. При малом диаметре шкива эта последовательность наложения швов (участками) окажется неприемлемой из-за больших напряжений растяжения в диске и в швах. В то же время при малом диа­метре обода жесткость его будет значительно больше, и ожи­дать при этом деформаций обода (пунктир на рис. 208, а) в случае последовательного наложения шва по окружности нет оснований. Поэтому при малом диаметре шкива последовательность должна быть выбрана следующая: накладывать шов небольшими участками в обе стороны от точки А (рис. 208, б). Так как последние участки шва окажутся в особенно неблагоприятных условиях, то для снижения в них напряжений целесообразно применить проколачивание отдельных слоев шва.

Из приведенного примера видно, что последовательность на­ложения швов должна устанавливаться в зависимости от того, с каким проявлением процесса сварки следует считаться в ка­ждом отдельном случае: с короблением или с напряжениями.

нения специальных приспособлений неудобно. Поэтому для обес­печения наиболее целесообразной последовательности выполнения сварки необходимо производить сварку в приспособлениях, до­пускающих быструю и легкую кантонку балки без использования при этом кранового оборудования цеха. Одним из таких приспосо­блений является вращающийся кольцевой кондуктор, схематично изображенный на рис. 209, г.

Учитывая возможности, даваемые применением приспособле­ний, предлагаем следующий порядок наложения швов при сварке двутавровой балки:

Перед сборкой всей балки желательно осуществить сварку стыков поясов и вертикальной стенки. Собранную из листов балку (или отдельную монтажную секцию бал­ки) вместе с ребрами жесткости следует варить в последовательности, указанной на рис. 209, д стрелками и цифрами.

При этом сварка должна полностью заканчиваться в пределах одного кон­тура, образуемого поя­сами и вертикальными ребрами жесткости, пре­жде чем переходить к вы­полнению швов, распо­ложенных в другом кон­туре. Внутри контура швы должны наклады­ваться так, чтобы эле­менты, расположенные впереди (по ходу движе­ния сварки), не были закреплены и допускали продольные пере­мещения свариваемых листов. В этом отношении сборка на при­хватках является несовершенным приемом, так как в известной мере закрепляет все свариваемые элементы, весьма ограничивая их перемещения. В производственной практике часто можно наблю­дать, что в процессе сварки прихватки срезаются: это подтвер­ждает возникновение значительных усилий в случае ограничения продольных деформаций, создаваемого соединением свариваемых частей конструкции прихватками. Сборка без. прихваток в при­способлениях позволяет обеспечить точное взаимное расположе­ние свариваемых листов без создания препятствий их продольным деформациям в процессе сварки.

Несоблюдение основных положений, приведенных при уста­новлении указанной выше последовательности сварки, может способствовать значительным напряжениям в конструкции и даже появлению трещин. Так, например, приварка ребер жесткости после сварки стенки с поясами вызовет в стенке значительные
нлпряжения, так как укорочение стенки, весьма ужесточенной по кромкам поясами, не может произойти равномерно, вслед­ствие чего в местах весьма ограниченных деформаций у поясов возникнут особенно большие напряжения (рис. 210).

В аналогичных условиях може г оказаться, например, между - донный лист, спаренный со вторым дном и с обшивкой, к кото­рому затем начинают приваривать флоры (рис. 210). Ввиду весьма жесткого закрепления междудонного листа в обшивке и в на­стиле второго дна, укороче - г ние его в результате наложе­ния поперечных швов, при­крепляющих флоры, — невоз­можно и, следовательно, в нем неизбежно должны возникать весьма большие напряжения, достигающие предела теку­чести, а затем и пластические деформации, тем большие, чем большее количество флор при* варивается к листу в данной секции.

Опыт, имевший место на одном из судостроительных заводов, показал, как велики эти напряжения и какое они имеют значение. Когда во время постройки корабля для выправления возникших в про­цессе сварки общих деформа­ций решили разрубить стыко­вой шов междудонного листа (к которому флоры были при­варены в последнюю очередь), то, прежде чем была срублена половина толщины наплавлен­ного металла, шов мгновенно лопнул и трещина распространилась на обшивку и на настилы второго дна (рис. 210).

Здесь следует обратить внимание на то обстоятельство, что при разрыве стыкового шва разрушились лисі обшивки и лист второго дна, которые под действием внутренних сил были сжаты. Это обстоятельство показывает, что наличие в обшивке и на­стиле второго дна напряжений сжатия не послужило препят­ствием к его разрушению из-за мгновенности разрушения между­донного листа. Если бы трещина развивалась медленно, то она, постепенно распространившись до обшивки и до настила второго дна, остановилась бы или перешла на поясные швы, как это показано на схеме рис. 211,6. При мгновенном распространении трещины в шве (рис. 211,г) она переходит на смежные элементы, независимо от их напряженного состояния, и распространяется 240

в них до тех пор, пока создавшиеся деформации по разрыву не погасят те усилия, которые вызвали разрыв.

При выполнении швов, соединяющих отдельные детали между собой, нельзя ограничиться только выбором последовательности, наложения отдельных швов,*—необходимо назначить направле­ние движения электрода при выполнении этих швов. Так, напри­мер, в простейшей конструкции плиты с перекрестными ребрами, (рис. 212) деформация ее будет зависеть, в частности, и от того, в каком направление будет вестись сварка швов, соединяющих перекрестные ребра между собой. Для простоты выявле­ния направления сварки исклю­чим из рассмотрения последо­вательность приварки ребер к плите и предположим, что они к ней заранее приварены, и остается произвести сварку ребер между собой. Тогда, выполняя эти швы снизу вверх, получим изгиб плиты, так как зазор между ребрами по мере выполнения шва будет умень­шаться у верха ребер, где кончаются швы. Суммирова­ние углов поворота <р, полу­чающихся от каждого шва, может вызвать значительную деформацию плиты. При выполнении шва сверху вниз дефор­мации поворота будут исключены, так как зазор в том конце шва, к которому движется электрод, не может изменяться из-за наличия плиты, посредством которой свариваемые ребра между собой жестко связаны.

Таким образом, меняя направление наложения сварного шва, можно регулировать общие деформации свариваемых элементов,.

Особенное внимание последовательности наложения швов должно быть уделено при сварке монтажных стыков, так как в этом случае приходится осуществлять сварку листов, закре­пленных в жестких конструкциях. Некоторые соображения о сварке монтажных стыков приведены в § 68.