Назад: 3.5.3. Компенсация
деформаций на стадии сборки
3.5.4. Рациональная
последовательность выполнения швов
В основе всех рекомендаций в отношении рациональной последовательности
выполнения сварных швов лежат два соображения:
для уменьшения остаточных деформаций необходимо стремиться к тому,
чтобы деформации, возникающие при сварке последующего шва, компенсировали
деформации от предыдущих швов;
для уменьшения остаточных напряжений стремиться к тому, чтобы ранее
выполненные швы не препятствовали свободному протеканию деформаций, возникающие
при сварке последующего шва.
Рассмотрим несколько примеров.
Сварные швы, смещенные по отношению к центру тяжести сечения, вызывают
изгиб конструкции. Последовательность выполнения швов, показанная на рис.3.47,
позволяет уменьшить деформации конструкции за счет взаимной компенсации
деформаций. Последующие швы должны вызывать изгиб в противоположном направлении
по отношению к предыдущим. На рис.3.47,а,б последовательность швов указана
номером шва. Это приведен простой пример и выбранная последовательность
очевидна.
Рис.
3.46. Рекомендуемая последовательность выполнения швов для компенсации
деформаций изгиба, вызванных продольным (а, б) и поперечным (в) сокращением
швов
Последовательность сварки, рекомендуемая в примере на рис.3.47,в, менее
очевидна, вместе с тем она основана на том же принципе взаимной компенсации
деформаций. Дело в том, что при сварке швов небольшой протяженности проявляется
неравномерность поперечной усадки вдоль шва (поперечная усадка в начале шва
меньше, чем в той его части, где термодеформационные условия стабилизировались). Неравномерность распределения поперечной
усадки вдоль шва вызывает появление изгиба при сварке поперечных ребер балки.
Для предотвращения этого рекомендуется сварку параллельных швов выполнять в противоположном
направлении (рис.3.47,в).
Одинаковые по размеру швы вызывают неодинаковую величину деформации
изгиба в зависимости от расположения их по отношению к центру тяжести сечения
конструкции. При назначении порядка наложения швов необходимо принимать во
внимание этот фактор. На рис.3.48 приведен пример выбора последовательности
выполнения швов при сварке двутавровой балки с неодинаковыми сечениями поясных
элементов.
Рис.
3.48. Последовательность выполнения поясных швов при сварке балок с
неодинаковыми поясами
При сборке и сварке путем последовательного наращивания конструкции
первый вариант позволяет получить меньшие деформации изгиба, чем второй (f1
< f2). При сварке стенки (2) и полки (3) по варианту 1 деформации
изгиба меньше, чем при сварке стенки
(2) и полки (1) по варианту 2, т.к. е1 < е2. На
последующем этапе, когда происходит компенсация полученных ранее деформаций,
при сварке швов (а) по варианту 1 изгибающий момент имеет большую величины, чем
при сварке швов (б) по варианту 2 т.к. е3 > е4.
Возможен третий вариант – вначале производится сборка всей балки на
прихватках, затем сварка. Этот вариант обеспечивает наименьшие деформации
изгиба, но при увеличении асимметрии сечения эффективность сборки и сварки по
варианту 1 возрастает.
Общая рекомендация сводится к следующему: в конструкциях с большой
разницей сечений соединяемых деталей, первыми сваривают между собой детали,
имеющие наибольшую площадь поперечного сечения.
На рис.3.49 и 3.50 приведены примеры выбора последовательности
выполнения сварных швов, позволяющей уменьшить величину остаточных напряжений.
Рис.3.49.
Последовательность выполнения сварных швов при сварке полотнищ
Рис.3.50.
Рекомендуемая последовательность выполнения сварных швов: 1 – 2 – 3 – 4
При сварке конструкций, содержащих продольные и поперечные швы,
например, листовых полотнищ, поперечные швы должны быть выполнены прежде, чем
продольные.
Различие между продольной и поперечной усадкой состоит в том, что
первая равномерно распределена вдоль всего шва, а вторая сосредоточена на
ограниченном расстоянии около шва. В связи с этим при сварке полотнищ
рекомендуется в первую очередь выполнить сварку поперечных швов 1; 2; 3. В этом
случае поперечная усадка протекает без препятствия со стороны остальных частей
конструкции и в шве практически отсутствуют остаточные напряжения в этом
направлении. Поперечная усадка швов 4 и 5 также протекает в свободном
состоянии.
Если в первую очередь выполнить сварку швов 4 и 5, а затем 1; 2; 3, то
поперечная усадка этих швов вызовет появление усадочных сил (рис.3.43, вариант
2) и остаточных напряжений растяжения в шве и сжатия на участке, примыкающем к
шву со стороны соседнего листа. При сварке тонколистового металла в районе
действия напряжений сжатия может произойти потеря устойчивости и образуется
хлопун. При сварке толстолистового металла в районе действия напряжений
растяжения будут созданы условия для образования холодных трещин.
Близкая ситуация складывается в районе шва при сварке поперечных стыков
балки (рис.3.50).
Для того чтобы обеспечить свободное протекание поперечной усадки поясные швы на участке длиной 800…1000 мм оставляют не сваренными. В первую очередь производят сварку стыковых швов поясов балки 1 и 2, затем стыковой шов стенки 3. Швы 4 сваривают в последнюю очередь. Такая последовательность позволяет не только снизить величину остаточных напряжений растяжений в швах 1 и 2, но также получить в них напряжения сжатия, что способствует некоторому улучшению работы швов при эксплуатации балки
Общая рекомендация состоит в том, что с целью снижения остаточных
напряжений в поперечных швах, выбранная последовательность сварки не должна
ограничивать податливость соединяемых элементов.
Некоторому снижению остаточных напряжений способствует
обратно-ступенчатый способ выполнения шва (рис.3.51).
Рис.3.51.
Схема обратноступенчатого способа сварки
Этот способ рекомендуется использовать при ручной дуговой сварке. Шов
разбивают на участки длиной 200…250 мм (обычно длину участка выбирают так,
чтобы на его сварку требовалось затратить один электрод). Сварку каждого
участка выполняют в противоположном направлении по отношению к направлению
сварки всего сварного соединения.