Введение
Одной изважных проблем при производстве сварных конструкций является определениесварочных деформаций и напряжений, влияние которых на характеристики сварныхсоединений и конструкций в процессе эксплуатации весьма разнообразно. Наличиесварных деформаций и напряжений приводит к отклонениям действительныхгеометрических форм и размеров от проектных, что, в свою очередь, увеличиваеттрудоемкость изготовления сварной конструкции, снижает эксплуатационныекачества, способствует понижению устойчивости и несущей способности, затрудняетсборку отдельных узлов, а в некоторых случаях делает ее невозможной.
Расчетно-графическаяработа заключается в расчете деформаций, возникающих при сварке поясных швовбалки двутаврового поперечного сечения. Результатом работы являются значенияпрогибов балки для различных вариантов последовательности выполнения сварочныхопераций, и что служит основанием для выбора рациональной последовательностивыполнения сварных швов.
1. Задание
/>
Основные размерысвариваемой балки:
L = 7м;
H = 220мм;
B1 = 130мм;
B2 = 150мм;
δ1 = 6мм;
δ2 = 6мм;
δ3 = 5мм.
Материал: 09Г2С.
Способ сварки: Ручнаядуговая сварка покрытыми электродами.
Поперечное сечениесварной двутавровой балки представлено на рисунке 1.
2. Выборконструктивного оформления и размеров сварных соединений
В соответствии с ГОСТ5264-80 [5] выберем двустороннее тавровое сварное соединение без скоса кромокТ3. Эскиз данного сварного соединения показан на рисунке 2. Минимальный катет данного сварногосоединения 6 мм.
/>
Рисунок 2 –Конструктивные элементы:
а) подготовленных кромоксвариваемых деталей; б) сварного шва.
3. Выбор ориентировочных режимов сварки
Режимы однодуговой сваркинеплавящимся электродом сплава АМГ6М приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Режимы сваркипод 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. Расчетгеометрических характеристик сечений
Произведем расчет геометрическиххарактеристик 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 – Эскизпоперечного сечения балки состоящей из элементов 1 и 3.
/>
Найдем координату центратяжести фигуры 1:
/>
Координаты центра тяжестибалки состоящей изэлементов 1 и 3 поотношению к выбранным осям z и y определяются по формуле:
/>
где Si –площадь i-й фигуры; zi – координата ее центра тяжести.
/>
/>
/>
/>
Найдем величинуэксцентриситета />:
/>
Найдем момент инерции I1:
/>
Определим координату /> центратяжести, величину эксцентриситета /> и момент инерции относительно осиy I2 балки состоящей из элементов 2 и 3.
/>
Рисунок 4 – Эскиз поперечного сечения балкисостоящей из элементов 2 и 3.
/>
Найдем координату центратяжести фигуры 2:
/>
Координаты центра тяжестибалки состоящей изэлементов 2 и 3 поотношению к выбранным осям z и y определяются по формуле:
/>
где Si –площадь i-й фигуры; zi – координата ее центра тяжести.
/>
/>
/>
Найдем величинуэксцентриситета />:
/>
Найдем момент инерции I2:
/>
Определим координату /> центра тяжестии момент инерции относительно оси y IΣ балки состоящей из элементов 1,2 и3.
/>
Рисунок 5 — Эскиз поперечного сечения балкисостоящей из элементов 1, 2 и 3.
/>
/>
/>
/>
/>
/>
Координаты центра тяжестибалки состоящей изэлементов 1, 2 и 3 поотношению к выбранным осям z и y определяются по формуле:
/>
Найдем момент инерции IΣ:
/>
5. Расчет усадочнойсилы, продольногоукорочения и прогибов балки
При сварке на проходвесьма жесткой сварной конструкции величина усадочной силы в Ньютонах согласно[2] вычисляется по формуле:
/>
гдеq — эффективная мощность (в ваттах); /> - скорость сварки, мм/с; B – экспериментально определяемыйкоэффициент.
Эффективная тепловаямощность сварочного источника теплоты, т. е. количество теплоты, вводимой присварке источником в деталь в единицу времени, если известны параметры режимаэлектродуговой сварки, определяется по формуле
/>
гдеI – сварочныйток; U–напряжениена дуге; η– эффективныйк.п.д. процесса нагрева. Эффективный к.п.д. зависит от способа сварки и можетбыть взят по данным справочника [3]: /> Найдем эффективную тепловую мощность сварочногоисточника теплоты:
/>
Экспериментальноопределяемый коэффициент B дляконструкционных сталей вычисляется в зависимости от погонной энергии и толщинылистов S в миллиметрах (средней толщины присварке пластин разной толщины), следующим образом:
/> /> /> />
здесь s — толщинасвариваемых пластин (средняя толщина при сварке пластин разной толщины).
/>
Определимпродольное укорочение и прогиб балки для случая, когда вначале привариваетсяполка 1, затем полка 2.
/>
/>
/>
/>
Найдем значениеэксцентриситета для данного случая:
/>
Найдем значениеизгибающего момента:
/>
Найдем значение прогибабалки после сварки элементов 1 и 3:
Значение прогибавычисляется по формуле:
/>
/>
Найдем прогиб балки послеприварки полки 2 к уже соединенным элементам 1 и 3:
/>
/>
Общий прогиб определим изсоотношения:
/>
Определимпродольное укорочение и прогиб балки для случая, когда вначале привариваетсяполка 2, затем полка 1.
/>
/>
/>
/>
Найдем значениеэксцентриситета для данного случая:
/>
Найдем значениеизгибающего момента:
/>
Найдем значение прогибабалки после сварки элементов 2 и 3:
Значение прогибавычисляется по формуле:
/>
/>
Найдем прогиб балки послеприварки полки 1 к уже соединенным элементам 2 и 3:
/>
/>
Общий прогиб определим изсоотношения:
/>
Сравним результатыопределения прогибов для обоих случаев:
/>
Определим продольную деформацию балкидля обоих случаев:
/>
/>
Заключение
В даннойрасчетно-графической работе проведен расчет деформаций, возникающих при сваркепоясных швов балки двутаврового поперечного сечения.
Значение прогиба балкипосле сварки элементов 1 и 3: />
Значение прогиба балкипосле сварки элементов 2 и 3: />
Получены значенияпрогибов балки для различных вариантов последовательности выполнения сварочныхопераций:
Прогиб балки послеприварки полки 2 к уже соединенным элементам 1 и 3: />Общий прогиб: />
Прогиб балки послеприварки полки 1 к уже соединенным элементам 2 и 3: />Общий прогиб: />/>
Продольная деформация балки для обоихслучаев: />
Сравнив результатыопределения прогибов для обоих случаев, мы можем сделать вывод, что рациональным будет вариант, когда вначалеприваривается полка 2, а затем полка 1, так как в этом случае общий прогиббалки наименьший.
Список литературы
1. Сварка и свариваемые материалы: В 3-х т. Т.П. Технология иоборудование. 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. 624с.
3. Сваркаи 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/> ГОСТ5264-80 Ручная дуговаясварка. Соединения сварные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.
6. СТО УГАТУ 016-2007 Графические и текстовые конструкторскиедокументы. Общие требования к построению, изложению, оформлению.