Деформации при сварке тонколистового проката.

⇐ ПредыдущаяСтр 5 из 19Следующая ⇒

Потеря устойчивости листовых элементов сварных конструкций возникает в результате действия остаточных напряжений сжатия, появляющихся вследствие усадки металла в зоне сварных соединений. Перемещения точек листовых элементов, потерявших устойчивость, могут достигать значений, превышающих толщину металла в десятки раз.

Для определения возможности потери устойчивости необходимо вначале составить схему действия сил и условия закрепления рассматриваемых элементов по контуру, определить действующие напряжения, затем найти критические силы или напряжения и сравнить их с действующими.

Потеря устойчивости сварной двутавровой балки возникает в результате действия продольных усадочных сил Р_ус. Характерные проявления потери устойчивости заключаются в периодическом выходе из плоскости стенки двутавра в разные стороны так, что горизонтальная ось двутавра становится волнистой линией. Волнистость приобретают и полки двутавра. Причем, если с одной стороны полки наблюдается гребень волны, то на противоположной - впадина.

В соответствии с принципом Сен-Венана можно принять напряжения сжатия по краям балки равномерными: , где F- площадь поперечного сечения балки.

Критические напряжения для случая, когда длина балки L в несколько раз больше высоты стенки h_c, определяют по формуле: .

Если действующие собственные остаточные напряжения сжатия стенки σ _сж, найденные путем деления усадочных сил от верхнего и нижнего швов 2Р_ус на полную площадь F поперечного сечения балки, будут равны или больше σ _кр., то произойдет потеря устойчивости.

При определении возможности потери устойчивости полки двутавра будем считать, что полка заделана жестко по одной стороне. Критические напряжения для случая длинной пластины, защемленной по одному краю, равны: .

При анализе возможности потери устойчивости приварным днищем цилиндра (рис. 3.6, г) существенное значение имеет вопрос о характере закрепления днища по контуру. При условии жесткого закрепления, что лучше соответствует рассматриваемому случаю, критические радиальные напряжения равны: , при условии шарнирного опирания: .

Числовые коэффициенты 1, 49 и 0, 425 в этих формулах значительно отличаются. Цилиндрическую тонкостенную обечайку, к которой приваривается днище, нельзя рассматривать как жесткое тело, обеспечивающее защемление. Однако и шарнирное опирание не соответствует характеру сопряжения днища с обечайкой. С некоторым приближением данный случай можно рассматривать как промежуточный и принимать значение численного коэффициента примерно равным единице.

Сжимающее напряжение в днище можно определить, приняв жесткость края оболочки в радиальном направлении малой по сравнению с жесткостью днища в его плоскости. Тогда, из условия равновесия получим: .

На практике встречается много таких деталей сварных конструкций, после потери устойчивости которых, их форма и направление действия усадочных сил существенно изменяются. Примером могут служить обычные листы, которые после сварки теряют устойчивость и в которых наблюдаются весьма большие перемещения. Опыт показывает, что длинные пластины искривляются в продольном направлении по дуге окружности.

Перемещения в направлении, перпендикулярном поверхности свариваемых листов. Перемещения точек в направлении Oz — перпендикуляра к поверхности листов при их сварке происходит вследствие неравномерного нагрева металла по толщине, потери устойчивости тонкого металла под действием продольных и поперечных сжимающих напряжений, перемещения в радиальном направлении кромок свариваемых оболочек и т.д. Наиболее значительны такие перемещения в случаях сварки оболочек, например при выполнении кольцевых швов.

Продольные перемещения и деформации скручивания. Продольные перемещения вдоль оси Ох всех точек пластины, расположенных в одном поперечном сечении, одинаковы, а сдвиговые деформации и касательные напряжения отсутствуют. На самом деле сечения искривляются, а отдельные точки свариваемых пластинок получают различные перемещения в продольном направлении, причем величина перемещений при прочих равных условиях зависит от того, находится точка на середине свариваемой пластинки или на ее кромке. Продольные перемещения в практическом отношении представляют интерес при сварке соединений втавр или внахлестку.

При сварке, например, таврового профиля, точки в районе сварного шва на вертикальной стенке нагреваются больше, чем на горизонтальной полке. Это происходит потому, что теплоотвод от района шва в полке происходит в две стороны, а в стенке - в одну. В результате продольное перемещение точек стенки превосходит перемещение точек полки, а разница перемещений Δ х фиксируется кристаллизующимся швом. Аналогичные явления возникают при сварке внахлестку.

Чтобы избежать негативных последствий относительного продольного смещения свариваемых элементов, например, в длинномерных мостовых балках, принимают меры по регулированию теплоотвода в отдельные элементы.

Перемещения Δ х несмотря на их малые абсолютные значения, могут заметно влиять на остаточное скручивание свариваемых элементов.

Кручение сварных конструкций наиболее часто наблюдается при изготовлении балок, рам, панелей. В качестве примеров этого явления можно привести искажения формы крестообразной и коробчатой балок.

Относительное смещение свариваемых элементов Δ х, являясь причиной скручивания при сварке швов 1 и 4 балки коробчатого сечения, закручивает балку в одну сторону, а при сварке швов 2 и 3 - в другую. Однако, результирующее скручивание не равно нулю в связи с неодновременностью заварки швов. Более того, если швы 1 и 4 сварить в одном направлении, а швы 2 и 3 - в противоположном, то закручивание от всех четырех швов суммируется.

⇐ Предыдущая 1 2 3 456 7 8 9 10 Следующая ⇒