Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения
14 ВведениеОдной из важных проблем при производстве сварных конструкций является определение сварочных деформаций и напряжений, влияние которых на характеристики сварных соединений и конструкций в процессе эксплуатации весьма разнообразно. Наличие сварных деформаций и напряжений приводит к отклонениям действительных геометрических форм и размеров от проектных, что, в свою очередь, увеличивает трудоемкость изготовления сварной конструкции, снижает эксплуатационные качества, способствует понижению устойчивости и несущей способности, затрудняет сборку отдельных узлов, а в некоторых случаях делает ее невозможной.Расчетно-графическая работа заключается в расчете деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения. Результатом работы являются значения прогибов балки для различных вариантов последовательности выполнения сварочных операций, и что служит основанием для выбора рациональной последовательности выполнения сварных швов.1. Задание Основные размеры свариваемой балки: L = 7м; H = 220мм; B1 = 130мм; B2 = 150мм; д1 = 6мм; д2 = 6мм; д3 = 5мм. Материал: 09Г2С. Способ сварки: Ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Поперечное сечение сварной двутавровой балки представлено на рисунке 1. 2. Выбор конструктивного оформления и размеров сварных соединений В соответствии с ГОСТ 5264-80 [5] выберем двустороннее тавровое сварное соединение без скоса кромок Т3. Эскиз данного сварного соединения показан на рисунке 2. Минимальный катет данного сварного соединения 6 мм. Рисунок 2 - Конструктивные элементы: а) подготовленных кромок свариваемых деталей; б) сварного шва. 3. Выбор ориентировочных режимов сварки Режимы однодуговой сварки неплавящимся электродом сплава АМГ6М приведены в таблице 1. Таблица 1 - Режимы сварки под флюсом материала 09Г2С [1, стр. 103] |
Толщина металла, мм | 6 | | Сила тока, А | 175 | | Напряжение, В | 20 | | Скорость сварки, м/ч | 15 | | Диаметр электрода, мм | 4,0 | | |
4. Расчет геометрических характеристик сечений Произведем расчет геометрических характеристик сечений балки. Для проверки правильности расчетов используем средства пакета САПР «КОМПАС». Определим координату центра тяжести, величину эксцентриситета и момент инерции относительно оси y I1 балки состоящей из элементов 1 и 3. Рисунок 3 - Эскиз поперечного сечения балки состоящей из элементов 1 и 3. Найдем координату центра тяжести фигуры 1: Координаты центра тяжести балки состоящей из элементов 1 и 3 по отношению к выбранным осям z и y определяются по формуле:
где Si - площадь i-й фигуры; zi - координата ее центра тяжести.
Найдем величину эксцентриситета :
Найдем момент инерции I1:
Определим координату центра тяжести, величину эксцентриситета и момент инерции относительно оси y I2 балки состоящей из элементов 2 и 3.
Рисунок 4 - Эскиз поперечного сечения балки состоящей из элементов 2 и 3. Найдем координату центра тяжести фигуры 2: Координаты центра тяжести балки состоящей из элементов 2 и 3 по отношению к выбранным осям z и y определяются по формуле:
где Si - площадь i-й фигуры; zi - координата ее центра тяжести.
Найдем величину эксцентриситета :
Найдем момент инерции I2:
Определим координату центра тяжести и момент инерции относительно оси y IУ балки состоящей из элементов 1,2 и 3.
Рисунок 5 - Эскиз поперечного сечения балки состоящей из элементов 1, 2 и 3. Координаты центра тяжести балки состоящей из элементов 1, 2 и 3 по отношению к выбранным осям z и y определяются по формуле:
Найдем момент инерции IУ:
5. Расчет усадочной силы, продольного укорочения и прогибов балки При сварке на проход весьма жесткой сварной конструкции величина усадочной силы в Ньютонах согласно [2] вычисляется по формуле: где q - эффективная мощность (в ваттах); - скорость сварки, мм/с; B - экспериментально определяемый коэффициент. Эффективная тепловая мощность сварочного источника теплоты, т. е. количество теплоты, вводимой при сварке источником в деталь в единицу времени, если известны параметры режима электродуговой сварки, определяется по формуле где I - сварочный ток; U-напряжение на дуге; з - эффективный к.п.д. процесса нагрева. Эффективный к.п.д. зависит от способа сварки и может быть взят по данным справочника [3]: Найдем эффективную тепловую мощность сварочного источника теплоты: Экспериментально определяемый коэффициент B для конструкционных сталей вычисляется в зависимости от погонной энергии и толщины листов S в миллиметрах (средней толщины при сварке пластин разной толщины), следующим образом: здесь s - толщина свариваемых пластин (средняя толщина при сварке пластин разной толщины). Определим продольное укорочение и прогиб балки для случая, когда вначале приваривается полка 1, затем полка 2. Найдем значение эксцентриситета для данного случая:
Найдем значение изгибающего момента:
Найдем значение прогиба балки после сварки элементов 1 и 3: Значение прогиба вычисляется по формуле: Найдем прогиб балки после приварки полки 2 к уже соединенным элементам 1 и 3:
Общий прогиб определим из соотношения: Определим продольное укорочение и прогиб балки для случая, когда вначале приваривается полка 2, затем полка 1. Найдем значение эксцентриситета для данного случая:
Найдем значение изгибающего момента:
Найдем значение прогиба балки после сварки элементов 2 и 3: Значение прогиба вычисляется по формуле: Найдем прогиб балки после приварки полки 1 к уже соединенным элементам 2 и 3:
Общий прогиб определим из соотношения: Сравним результаты определения прогибов для обоих случаев: Определим продольную деформацию балки для обоих случаев: Заключение В данной расчетно-графической работе проведен расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения. Значение прогиба балки после сварки элементов 1 и 3: Значение прогиба балки после сварки элементов 2 и 3: Получены значения прогибов балки для различных вариантов последовательности выполнения сварочных операций: Прогиб балки после приварки полки 2 к уже соединенным элементам 1 и 3: Общий прогиб: Прогиб балки после приварки полки 1 к уже соединенным элементам 2 и 3: Общий прогиб: Продольная деформация балки для обоих случаев: Сравнив результаты определения прогибов для обоих случаев, мы можем сделать вывод, что рациональным будет вариант, когда вначале приваривается полка 2, а затем полка 1, так как в этом случае общий прогиб балки наименьший. Список литературы 1. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т.П. Технология и оборудование. Справ. изд./Под ред. В.М. Ямпольского. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1996. 574 с. 2. Сварка. Резка. Контроль. Справочник. В 2-х томах / под общей редакцией Н.П. Алешина, Г.Г. Чернышева. М.: Машиностроение 2004. Т.1 / Н.П. Алешин, Г.Г. Чернышев, Э.А. Гладков и др. 624 с. 3. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т I. Свариваемость материалов. Справ. изд./ Под ред. Э.Л. Макарова -М.: Металлургия, 1991. 528 с. 4. Медведев, А. Ю. Остаточные деформации и перемещения при сварке и наплавке: лабораторный практикум по дисциплине "Теоретические основы реновации" / А. Ю. Медведев ; УГАТУ .-- Уфа : УГАТУ, 2007 . 5 ГОСТ 5264-80 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры. 6. СТО УГАТУ 016-2007 Графические и текстовые конструкторские документы. Общие требования к построению, изложению, оформлению.
|