Первые металлические конструкции выполнялись с помощью клепки. Инженером Шуховым Б.Г в 1883 году в г. Баку был предложен первый цилиндрический резервуар для нефтепромыслов. Далее им были созданы перекрытия зданий Нижегородской выставки, ГУМа в Москве, мартеновских цехов, мостов и др. Началом применения сварки в строительстве является 1920 год, когда в г. Владивостоке была сварена строительная ферма длиной 25 м.
В начале 30-х годов стали проводиться планомерные научно-исследовательские работы в области сварки строительных конструкций. Были разработаны конструкции сварных ферм, колонн, подкрановых балок и др. В 30…40-х годах были разработаны и построены сварные каркасы зданий мартеновских и конверторных цехов (Новокузнецкий,М агнитогорский и Макеевский металлические комбинаты, завод Азовсталь и др.)
В 1930 гВ Магнитогорске были сварены газопроводы горячего дутья и воздухонагреватели домны. В 1941 г. Шуховым В.Г. был построен первый 11-и км нефтепровод.
Первые стальные резервуары емкостью 300 м 3 были построены в 1929 г. тоже Шуховым В. Г. Начиная с 1938 г сварные резервуары более 5000 м3 широко применяются в нефтяной промышленности. В 1950-х годах был разработан индустриальный метод изготовления резервуаров (на заводе сваривают и сворачивают в рулоны полотна днища и стенок резервуара. На строительной площадке рулон разворачивают и сваривают между собой. Кровля также может изготовляться на заводе в виде отдельных элементов.
В 1939 г. был построен первый арочный цельносварной железнодорожный мост через реку Исеть (140 м длиной).
Однако конструктивно сварные мосты не были достаточно обоснованы по выбору основного и сварочного материала, по условиям внешнего воздействия. Поэтому часто применялись клепанные мосты. В 1946 г были разработаны серии пролетов мостов сварных автодорожных (21,6 м; 32,4 м; 42,5 м) и клепано-сварных (52,5 м и 83,2 м).
Мосты конструировались из стали повышенной прочности и с предварительным напряжением.
С 1948 г были созданы цельносварные конструкции высотных зданий в Москве (Министерство иностранных дел, гостиница Украина).В 1936 г была построена первая стальная радиомачта из рельсов (200 м).
В зависимости от этих групп и климатических зон выбираются материалы (марки сталей, флюсы, электроды) и режимы наплавки. Сварные конструкции изготовляют из проката. Его правят на вальцах, грунтуют, размечают и режут. На автоматических поточных линиях производится резка и сварка без предварительной разметки.
Металлические конструкции промышленных зданий
... фермы покрытия промышленного здания 2.1 Исходные данные для проектирования Запроектировать стропильную ферму покрытия здания по схеме ... зависимости от марки стали — С245), коэффициент условий работы конструкции (табл. 6* [1]). Определяем требуемый момент сопротивления ... [1]); гwf= гwz=1 — коэффициенты условий работы сварного соединения; гс=1 — коэффициент условий работы (табл.6* [1]) [16, https:// ]. ...
Сварку элементов конструкций проводят на стеллажах, стендах, кондукторах, вращателях и манипуляторах. В процессе сварки кроме широко распространенных кувалды и лома, используются струбцины, эксцентриковые зажимы, домкраты, винтовые распорки, клиновые стяжные приспособления и другая оснастка.
СВАРКА СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Мосты являются наиболее яркими представителями строительных конструкций. Мировые объемы строительства мостов превышают все другие виды металлических строитель ных конструкций. Наиболее значительные успехи в области мостовых конструкций достигну ты в США, Японии, Германии и Франции.
Основные виды сварки в цеховых условиях — автоматическая под слоем флюса и в защитных газах (как автоматическая, так и механизированная).
На эти виды сварки в Японии приходится до 80% массы наплавленного металла. Однако в некоторых фирмах все еще применяется (до 65%) ручная дуговая сварка штучными электродами. В Японии в последние десятилетия сооружалось в среднем 2…3 км мостов в год, из них примерно 35…40% металлических массой 15000… 18000 тонн и около 50% железобетонных (преимущественно в монолитном исполнении).
В последние годы ручную сварку стала вытеснять механизированная сварка порошковыми проволоками диаметром около 2,0 мм в смеси защитных газов. Механизированная сварка порошковыми проволоками с газовой защитой применяется для стыковых соединений в вертикальном и потолочном положениях, а также для угловых швов внутри коробчатых элементов. В нижнем положении при значительной толщине металла находит применение многослойная сварка в узкую разделку порошковой проволокой. В цеховых условиях находят применение новые конструкции сварочных автоматов: портативные малогабаритные и комплексные многоэлектродные крупногабаритные и автоматизированные установки.
На монтаже для сварки в нижнем положении очень широко применяется автоматиче ская сварка под флюсом и в незначительных объемах — механизированная сварка порошко выми проволоками малого диаметра без газовой защиты.
Имеются сведения, что одно время в США применялась электрошлаковая сварка для выполнения вертикальных монтажных соединений. Однако в последних публикациях такие сведения отсутствуют, очевидно по причине разрушения в ряде случаев таких соединений при эксплуатации мостов в условиях отрицательных температур.
В США для сварки как в цеховых, так и в монтажных условиях допустимо применение следующих способов: ручная дуговая сварка штучными электродами; автоматическая сварка под флюсом; электрошлаковая сварка; механизированная сварка проволокой сплошного сечения в защитных газах; то же порошковой проволокой в защитных газах; механизирован ная сварка самозащитной порошковой проволокой; электрогазовая сварка сплошной проволокой в защитном газе вертикальных соединений с принудительным формированием.
Производство сварочных работ на монтаже допустимо при температуре окружающего воздуха или металла не ниже — 18 °С. Температура металла контролируется вблизи сварного шва. Если температура основного металла ниже — 18°С, то свариваемый металл должен подвергаться предварительному подогреву на расстоянии, равном толщине свариваемого металла, но не менее 76 мм во всех направлениях от места сварки. Для сталей марок А514, А517 и А852 максимальная температура предварительного подогрева должна быть 205°С для толщины до 38 мм включительно и 230 °С для больших толщин.
Проект технологического процесса сборки и сварки конструкции ...
... способом получения соединения деталей. Цель курсовой работы: спроектировать технологический процесс сборки и сварки конструкции типа «Конструкция кабельная» Задачи курсового проекта: Описать назначение конструкции, технические условия; Выбрать материал; ... на сварку в готовом виде, не требующем дополнительных операций. По-другому обстоит дело с деталями из проката. После подбора металла по размерам ...
При сварке сталей двух различных марок температура предварительного подогрева устанавливается по более высокопрочной стали. При температуре основного металла от 0 до -18 °С необходимо подогревать металл до 21 °С и поддерживать эту температуру на протяжении всего периода сварки.
Ударная вязкость, как правило, определяется на образцах с острым надрезом (типа Шарпи) по центру шва. Это объясняется тем, что в сертификате на сталь всегда указывается предел погонного тепловложения, и поэтому режимы сварки устанавливаются с учетом этих данных и не должны оказывать отрицательного воздействия на металл ЗТВ. В некоторых случаях по решению главного инженера проекта проверяется ударная вязкость на образцах с надрезом по зоне крупного зерна. Температура испытания образцов устанавливается в пределах от -18 до -40°С, а минимальное значение ударной вязкости составляет от 20 до 34 Дж/см2.
Для случая электрогазовой и электрошлаковой сварки испытывается восемь образцов. Минимальный и максимальный результат не учитывается, а по оставшимся результатам определяется среднее значение. Однако при этом ни один из восьми образцов не должен иметь результаты ниже 2/3 нормы.
Для всех других способов сварки изготавливается и испытывается по пять образцов, а учитываются результаты испытания только трех образцов.
Если рабочие усилия направлены вдоль шва, сварку можно производить на остающихся подкладках толщиной 5…9 мм в зависимости от способа сварки. Допускается устанавливать остающиеся подкладки также в соединениях, испытывающих напряжения сжатия.
Балки
При изготовлении балочных конструкций следует обращать внимание на взаимное расположение швов (Рис. 1).
В соответствии с требованиями нормативных документов минимальное расстояние между двумя параллельными швами должно быть не менее 10 б, где б = толщина более толстого материала.
Рисунок 1
Монтажные соединения балочных или коробчатых конструкций решаются исходя из технических возможностей монтажной организации и проекта производства работ.
В России повсеместно приняты сварные монтажные стыки. Конструкция такого стыка разработана в ИЭС им. Е.О. Патона и впервые применена в 1953 г. в пролетных строениях автодорожного моста через р. Днепр в г. Киеве — мост им. Е.О. Патона. Стык имеет один шов по нижнему поясу, вставку по стенкам балки и вставку по верхнему поясу. Такая конструкция стыка позволяет успешно применить автоматическую сварку под флюсом для выполнения в нижнем положении стыковых швов по нижнему и верхнему поясах и автоматическую сварку вертикальных швов стенки порошковой проволокой с принудительным формированием.
В главных балках коробчатого сечения применяют конструкцию совмещенного стыка. Для пропуска специальных удлинителей мундштуков в стенке выполняют вырезы. По верхнему поясу если возможно применяют вставки.
Сварные балки применяются в межэтажных перекрытиях, покрытиях, стойках, рабочих площадках, эстакадах, мостах, подкрановых балках и в других металлоконструкциях. Особенно эффективны сварные балки в большепролетных конструкциях промышленных зданий, цехов и других сооружений, сварные двутавровые профили широко используют в строительстве и машиностроении, тавровые профили — в судостроении. При изготовлении их мелкими партиями заводы вынуждены использовать примитивную малопроизводительную оснастку, и такие профили обходятся сравнительно дорого. Серийное производство сварных профилей в поточных линиях или автоматических станах, выполняющих весь цикл производства двутавра, на предлагаемом нами современном оборудовании, позволяет поднять производительность труда и снизить стоимость балок. Такие поточные линии могут оснащаться либо автоматизированными установками непрерывного действия, либо рядом специализированных приспособлений и установок, последовательно выполняющих отдельные операции при условии комплексной механизации всего технологического процесса.
Сварка труб и трубопроводов
... по кромкам свариваемых труб с большой скоростью. Этот способ сварки применяют для сооружения трубопроводов малого (пока до 114 мм) диаметра. Выводы дипломной работы сварка трубопровода к сварке трубопроводов допускаются ... Ручная сварка труб при низких температурах в дипломной работе сварщика Ручную дуговую сварку труб производят, как правило, в 2-3 слоя, несмотря на то, что соединяемые кромки имеют ...
Наиболее широкое применение имеет двутавровый профиль с поясными швами, выполняемыми обычно сварочными автоматами под флюсом. Двутавр собирают из трех листовых элементов. При их заготовке, помимо правки, резки и зачистки кромок, часто предусматривают сборочную и сварочную операции для получения листового элемента требуемой длины и ширины. В этом случае к стыковым соединениям предъявляется требование полного и надежного проплавления с хорошим формированием усиления шва.
Сборка балки должна быть достаточно точной, особое внимание уделяется симметрии расположения и взаимной перпендикулярности полки и стенки. Сборка на стеллаже с помощью простейших приспособлений является трудоемкой и может применяться только в единичном производстве. Использование станов для сборки двутавровых балок позволяет повысить производительность сборочных операций в несколько раз. С помощью стана достигается симметрия расположения стенки относительно полок балки, обеспечивается взаимная перпендикулярность полки и стенки балки. Эффект использования сборочного стана обеспечивается быстродействием и надежностью механизма позиционирования элементов. Закрепление и освобождение элементов балки по всей длине с помощью винтов занимает много времени. Значительно производительнее и удобнее в работе приспособления, оснащенные гидравлическими прижимными механизмами. Сварка двутавра осуществляется автоматизированными сварочными установками под слоем флюса. Приемы и последовательность наложения швов могут быть различными. Сварка наклоненным электродом позволяет одновременно сваривать два шва. Выполнение швов «в лодочку» обеспечивает лучшие условия формирования шва и глубины проплавления стенки, зато поворачивать изделие приходится после сварки каждого шва. Для этого используют позиционеры-кантователи. Основные швы по своим размерам значительно превосходят сборочные швы, поэтому последние полностью переплавляется. Сваренная балка подается на стан для правки полок двутавровой балки и проходит через систему роликов, используя при этом свойства упругости металла, где грибовидность полок (возникающая в процессе сварки) исправляется.
Сварка труб
При сооружении трубопроводов сварные стыки труб могут быть поворотными, неповоротными и горизонтальными. Перед сборкой и сваркой трубы проверяют на соответствие требованиям проекта, по которому сооружается трубопровод, и техническим условиям. Основными требованиями проекта, а также технических условий являются: наличие сертификата на грубы; отсутствие эллипсности труб; отсутствие разностенности труб; соответствие химического состава и механических свойств металла трубы требованиям,укачанным в технических условиях или ГОСТах.
Сварка решетчатых конструкций
... диаметров, толщин стенок, каких либо деталей. Подготовка металла к сварке, сборка конструкции Сборка конструкции Узлы фермы сваривают последовательно от середины фермы к опорным узлам. Сначала выполняют стыковые, а затем угловые ... 25 Г2С Труба профильная, перемычки 30x30x2 – 59000мм. Марка стали – 25 Г2С Марка электродов УОНИ 13/45: 3, по ГОСТ 9467 — 75 Организация рабочего места На нестационарных ...
При подготовке стыков труб под сварку проверяют перпендикулярность плоскости реза трубы к ее оси, угол раскрытия шва и величину притупления. Угол раскрытия шва должен составлять 60—70°, а величина притупления 2—2,5мм. Фаски снимают с торцов труб механическим способом, газовой резкой или другими способами, обеспечивающими требуемую форму, размеры и качество обрабатываемых кромок.
Разностенность толщин стенок свариваемых труб и смещение их кромок не должны превышать 10% от толщины стенки, но быть не более 3мм. При стыковке труб должен обеспечиваться равномерный зазор между соединяемыми кромками стыкуемых элементов, равный 2—3мм.
Перед сборкой кромки стыкуемых труб, а также прилегающие к ним внутренние и наружные поверхности на длине 15—20мм очищают от масла, окалины, ржавчины и грязи. Прихватки, являющиеся составной частью сварного шва, выполняют те же сварщики, которые будут Сваривать стыки, с применением тех же электродов. При сварке труб диаметром до 300мм прихватка выполняется равномерно по окружности в 4 местах швом высотой 3—4мм и длиной 50мм каждая. При сварке труб диаметром более 300мм прихватки располагают равномерно по всей окружности стыка через каждые 250—300мм.
При монтаже трубопроводов необходимо стремиться к тому, чтобы по возможности больше стыков сваривалось в поворотном положении. Трубы, толщина стенки которых составляет 12мм, сваривают в три слоя. Первый слой создает местный провар в корне шва и надежное сплавление кромок. Для этого необходимо, чтобы наплавленный металл образовал внутри трубы узкий ниточный валик высотой 1 —1,5мм, равномерно распределяющийся по всей окружности. Для получения провара без сосулек и грата движение электрода должно быть возвратно-поступательным с непродолжительной задержкой электрода на сварочной ванне, незначительным поперечным колебанием между кромками и образованием небольшого отверстия в вершине угла скоса кромок. Отверстие получается в результате проплавления основного металла дугой. Размер его не должен превышать 1 2 мм больше установленного зазора между трубами.
Первый слой образуется при поступательно-возвратном движении электрода с задержкой дуги на сварочной ванне. Величина тока устанавливается в 140—170а, что позволяет проплавлять кромки стыка с образованием узкого ниточного валика высотой 1 —1,5мм на его внутренней стороне. При этом на свариваемые кромки не должны попадать крупные брызги расплавленного металла и сварка должна быть выполнена без прожогов. Для этого дугу необходимо держать короткой, а отрывая от ванны, удалять ее не более чем на 1—2мм. Перекрытие начала и конца смежного слоя должно составлять 20—25мм.
Режим для сварки второго слоя тот же, что и для сварки первого слоя. Электрод при сварке второго слоя должен иметь поперечные колебания от края одной кромки к краю другой кромки.
Сварка. Кислородная резка
... скосом кромок под сварку, а поверхностная бывает либо сплошной, когда обрабатывается вся поверхность заготовки за один проход, либо выборочной с удалением поверхностного слоя металла. В отличие от сварки кислородная резка ...
При сварке поверхность каждого слоя может быть вогнутой или слегка выпуклой. Чрезмерная выпуклость шва особенно при потолочной сварке может быть причиной непровара.
Для облегчения наблюдения за зоной сварки в направлении ведения последнего слоя, предпоследний слой накладывают в области кромок так, чтобы его поверхность была на 1 — 1,5мм ниже свариваемых кромок. Последний слой выполняют с усилением 2—3мм и шириной на 2—3мм большей, чем ширина разделки кромок. Он должен иметь плавный переход от наплавленного металла к основному. Сварка горизонтальных стыков. При сборке горизонтальных стыков труб нет необходимости полностью снимать кромки нижней трубы, достаточно лишь раскрыть ее на угол 10—15°, что улучшает процесс сварки без изменения ее качеств. При сборке неответственных трубопроводов на нижней трубе фаска совсем не снимается.
Лучшим методом сварки горизонтальных стыков является сварка отдельными валиками небольшого сечения. Первый валик накладывают в вершине шва, электродами диаметром 4мм (при токе 160— 190а) при возвратно-поступательном движении электрода с обязательным образованием на внутренней стороне стыка узкого ниточного валика высотой 1 —1,5мм. После первого валика (слоя) зачищают его поверхность. Второй валик накладывают так, чтобы он перекрывал первый при возвратно-поступательном движении электрода и его небольшом колебании от края нижней кромки до края верхней кромки. Сварка выполняется в том же направлении, что и сварка первого слоя (валика).
Затем ток увеличивают до 250—300а и сваривают третий валик электродами диаметром 5мм, что повышает производительность сварки Третий валик накладывают в противоположном направлении, чем сваривался первый шов. Он должен перекрывать 70% ширины второго валика. Четвертый валик укладывают в том же направлении, но располагают в углублении между третьим валиком и верхней кромкой.
При сварке стыка трубы более, чем в три слоя, начиная с третьего слоя, каждый последующий выполняется в противоположном направлении, чем предыдущий. Трубы диаметром до 200мм сваривают сплошными швами, а диаметром более 200мм — обратно-ступенчатым методом.
Решетчатые конструкции
К решетчатым конструкциям относятся плоские (стропильные и подстропильные фермы, плоскости пространственных решетчатых конструкций, фонари и т. п.) и пространственные конструкции (опоры линии электропередач, решетчатые колонны, мачты, башни и т. п.).
Плоские решетчатые конструкции собирают с помощью кондукторов или копиров. Используют специализированные кондукторы наиболее распространенных типов для сборки ферм или инвентарные кондукторы, состоящие из универсальных сборочных элементов для фиксации стержней и деталей ферм. Универсальные сборочные элементы можно легко перестроить на строганой поверхности стеллажа для сборки ферм того или иного типа.
Для сборки ферм типа «Молодечно» применяют кондуктор со специальными пневматическими и винтовыми прижимами, фиксаторами и карманами, которые устанавливают на сборочной плите. Пояса ферм, ранее собранные с фланцами, укладывают на кондуктор, закрепляют пневматическими фиксаторами (рис. XIX.5) и пробками через отверстия в плите. Затем раскладывают с ориентацией по карманам раскосы и прижимают их к поясам пневмоприжимами. Дополнительно винтовыми прижимами фиксируют положение поясов. Производят прихватку соединений, освобождают прижимы и переносят ферму в кантователь для сварки, конструкция которого предусматривает возможность сварки одновременно двух ферм (рис. XIX.6).
Технология сварки и изготовления решетчатых конструкций
... приборов. В данной работе подробно рассмотрим описание и изготовление решетчатых конструкций, а именно технологию сварки изготовления фермы. Сварная ферма для диплома была выполнена по определенной схеме наложения ... загрязнений. Детали с трещинами и надрывами, образовавшимися. при изготовлении, к сборке под сварку не допускаются. Указанные требования обеспечиваются технологической оснасткой и ...
Сварку ведут в защитном газе или порошковой самозащитной проволокой механизированным способом. Перспективным является изготовление ферм из одиночных уголков с применением точечной дуговой сварки (табл. XIX.II).
Схема участка механизированной сборки и сварки таких ферм представлена на рис. XIX.7, а сварной узел фермы — на рис. XIX.8.
Полуфермы собирают в тележке-кондукторе с помощью пневмоприжимных закрепляющих приспособлений. Затем тележку-кондуктор передвигают в зону сварки к сварочным автоматам для сварки узлов.
XIX.5 Кондуктор для сборки ферм
1 — пневматический прижим; 2 — карманы; 3 — винтовой прижим; 4 прижимы-фиксаторы раскосов; 5 — фиксаторы поясов
XIX 6. Кантователь для сварки ферм
1 — опора; 2 — привод; 3 — планшайба; 4 — рама; 5 — захваты на 2 фермы
XIX.7. Схема механизированного участка сборки и сварки стропильных ферм из одиночных уголков
1 — сварочный пост; 2 — места складирования полуфабрикатов; 3 — место и аппаратура контроля качества полуферм; 4 — место складирования готовых полуферм; 5 — блоки пневмоавтоматики: 6 — сварочные установки для точечной дуговой сварки; 7 — пульты управления; 8 — тележка-кондуктор; 9 — механизм доводки; 10 — сварочные выпрямители; 11 — рельсовый путь
XIX.8. Конструкция узла стропильной фермы
Все операции по перемещению сварочной установки и наводке электродов в точки свариваемого узла, подъем нижнего и опускание верхнего электродов, сварка в течение установленного времени, выдержка нижнего электрода для кристаллизации ванны, дальнейшее перемещение установки для сварки следующей точки полностью автоматизированы; управление осуществляют операторы с двух пультов. Для устранения брака (прожоги, отсутствие сквозного провара) предусмотрен сварочный пост. Данная технология является опытной и подлежит доработке в производственных условиях.
Сварка сосудов и резервуаров
К сосудам относятся паровые котлы, цистерны для сжиженных газов, химическая аппаратура и т.д., в которых рабочее давление превышает атмосферное на 0,7кГ/см2 и выше. Сосуд обычно состоит из обечаек, сферических днищ и патрубков (рис. 109).
Вначале собирают карты из листов, которые сваривают между собой. Затем сваренные карты изгибают по радиусу в вальцах для получения заготовки обечайки. Потом сваривают продольный шов с последующей правкой (обкаткой) сваренной обечайки на вальцах.
Сваренные и отвальцованные обечайки собирают между собой, с патрубками и сферическими днищами. Кольцевые швы сваривают участками обратно-ступенчатым способом. Патрубки приваривают либо в одном направлении, если диаметр патрубка не более 200мм, и обратно-ступенчатым способом, если диаметр патрубка более 200—300мм. Сваренные сосуды обязательно проходят специальный контроль на прочность и плотность сварных соединений.
Резервуары, являющиеся листовыми конструкциями, но форме бывают цилиндрическими и шаровыми (сферическими).
Цилиндрические резервуары подразделяются на вертикальные и горизонтальные. Технология сборки и сварки горизонтальных резервуаров аналогична технологии сборки и сварки сосудов.
Магнитно-импульсная сварка
... отсутствуют. Это даёт возможность успешно получать магнитно-импульсной сваркой соединения конструктивных элементов. Можно получать сварные соединения минимальной длины, равнопрочные с основным металлом. Благодаря ... 3. После зарядки батареи конденсаторов от зарядного устройства до заданного напряжения включается коммутирующее устройство, которое замыкает батарею конденсаторов на индуктор. При ...
Вертикальный резервуар (рис. 110) состоит из днища, корпуса, кровли, шахтной лестницы и других металлических конструкций. По современной технологии днище и корпус вертикального резервуара сваривают автоматической сваркой на заводе, а затем свертывают в рулон и отправляют на место монтажа. Кровлю также изготовляют по узлам на заводе и отправляют на место монтажа отдельными узлами (щитами).
При монтаже резервуаров ручной сваркой выполняют кольцевой шов, соединяющий корпус резервуара с днищем, замыкающий шов корпуса резервуара и другие сварочные работы. Кольцевой шов выполняют обратно- ступенчатым способом, а замыкающий шов—снизу вверх участками. Сферические резервуары собирают из отдельных элементов (лепестков), изготовленных методом холодной или горячей штамповки, методом взрыва или вальцовки. Сварку лепестков выполняют в специальных манипуляторах ручной или автоматической сваркой.
сосуд резервуар труба строительный сварка
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ УЗЛОВ, СПОСОБЫ ИХ УСТРАНЕНИЯ
В инженерной практике справедливы два принципа: местная непрочность (незаваренные щели, отверстия, вырезы и т.п.) и местная прочность, так называемые жесткие точки (приварка ребер, накладок, косынок, бонок и т.п.) приводят к общей непрочности. Причина заключается в следующем: силовой поток «притягивается» к более жестким местам и «отталкивается» от мест с меньшей жесткостью, поэтому любой участок конструкции, отличающийся жесткостью, вызывает концентрацию напряжений и опасен.
Рациональное конструктивное оформление сварных узлов позволяет равномерно распределить силовой поток по сечениям элементов, т.е. устранить или снизить влияние на прочность концентраторов, а также остаточных напряжений и термического воздействия сварочной дуги и этим повысить сопротивляемость образованию хрупких и усталостных трещин.
Появлению трещин способствует снижение пластичности стали вследствие старения, т.е. одновременного воздействия на ее свойства старения и пластических (термопластических) деформаций.
Старение — снижение пластичности стали, вызываемое распадом остаточного аустенита, которое при обычных температурах может длиться годами, а при 100…500 °С — несколько минут. Пластические деформации при изготовлении конструкций вызываются гибкой, правкой, вальцовкой, резкой на ножницах, прошивкой отверстий, вырубкой в штампах, расширением и последующей усадкой металла вследствие местного нагрева сварочной дугой или газокислородным пламенем. Во всех случаях значения пластических деформаций в зонах залегания концентраторов напряжений значительно больше (концентрация деформаций), а следовательно, больше и охрупчивание стали. При эксплуатации концентрация деформаций происходит в местах расположения конструктивных и технологических концентраторов под действием рабочих напряжений.
Различают три вида деформационного старения: динамическое, когда пластические деформации и старение металла протекают одновременно при 100…500 °С (нагрев и охлаждение металла сварных соединений вблизи различных концентраторов при сварке), когда свободная усадка в процессе остывания затруднена, при правке и гибке элементов конструкций в интервале 100…500 °С; искусственное, когда пластические деформации происходят при обычных температурах, а старение — при последующем нагреве до 100…500 °С (правка, гибка, резка на ножницах, пробивка отверстий и последующий нагрев деформированных мест сваркой или газокислородным пламенем); естественное, когда пластические деформации и последующее старение происходят при естественных (правка, гибка, резка на ножницах, пробивка отверстий без последующего нагрева).
Термическая обработка стали и чугуна
... и охлаждение для снятия остаточных напряжений после закалки. Если отпуск проводится при комнатной температуре или несколько ее превышающей, он называется старением . термический сталь механический чугун 2. Влияние термической обработки на механические свойства стали Термическая обработка ...
Охрупчивание наиболее значительно при динамическом старении, ниже — при искусственном, еще ниже — при естественном.
Особенно резко падает пластичность у вершин концентраторов, где деформации (и старение) наибольшие, поэтому в сварных соединениях трещины появляются в зоне расположения различных технологических дефектов или конструктивных концентраторов. В практике встречается много различных типов сварных узлов, которые в зависимости от условий эксплуатации приводят к ускоренному появлению трещин или серьезным авариям.
Технологические дефекты (непровары, трещины, надрывы, расслоения и подрезы) при сварке могут стать концентраторами термопластических деформаций в тех случаях, когда металл вблизи дефекта подвергается повторно местному нагреву; когда свободная усадка шва, имеющего дефект, затруднена или происходит усадка в жестком контуре.
Это может иметь место, если дефект расположен:
- а) на участке замыкания кольцевых швов при сварке встык труб или других замкнутых сечений;
- б) на участке замыкания ступеней при обратно- ступенчатом способе сварки;
- в) э пересекающихся швах (в том случае, когда дефект расположен в шве, выполненном в первую очередь);
- г) в металле кромок соединяемых швом элементов, имеющих надрывы, трещины, расслоения;
- д) в местах некачественной подварки дефектных участков;
- е) в соединениях, выполняемых в жестком контуре и в других случаях.
На практике встречаются сварные узлы, в которых термопластические деформации вызываются конструктивными концентраторами напряжений. В соединениях необходимо увеличить зазор между торцами элементов не менее чем на 50 мм, недоваривать швы до щели не менее чем на 30 мм или предварительно заваривать щель с полным проваром.
При выполнении приварки диафрагм и ребер жесткости рекомендуется на деталях делать скосы или вырезы. В таких случаях устраняется возможность наплавки шва на узкую щель. В других конструкциях местное охрупчивание стали вызывается объемным напряженным состоянием, которое возникает при наложении пересекающихся швов, направленных по трем (или более) пространственным осям. Для устранения подобных случаев рекомендуется сделать вырез или скос в одном или нескольких элементах.
Деформационное охрупчивание металла шва усугубляется попаданием в него водорода или углерода. Интенсивное насыщение, шва водородом при сварке происходит, если используются влажный флюс, электроды с увлажненным покрытием или если на свариваемых кромках имеется влага, ржавчина, окалина. Науглероживание металла шва возможно при разделке кромок под сварку угольным электродом (воздушно-дуговой резкой) без последующего удаления с поверхности науглероженного слоя толщиной 1 мм, а также при наличии на поверхности разделки масла или краски.
Пластичность стали зависит от температуры: чем она ниже, тем меньше пластичность стали. Если металл сварного соединения был охрупчен вследствие термопластических деформаций, насыщения водородом и углеродом, то в некоторых случаях достаточно понизить температуру конструкции без приложения внешней нагрузки, чтобы в шве под действием остаточных напряжений образовалась трещина (так называемое самопроизвольное разрушение).
Используемая литература
[Электронный ресурс]//URL: https://drprom.ru/referat/svarochnyie-rabotyi-v-stroitelstve/
1) “Электросварка” В.П. Фоминых, А.П. Яковлев
2) “Справочник сварщика”. Под ред. В.В. Степанова
