15.2. Напряжения и деформации при сварке

Деформации от сварки бывают временные, образующиеся в процессе сварки, и остаточные, образующиеся после полного остывания конструкции.

Как указано выше, остаточные деформации являются результатом происходящих при сварке пластических деформаций в околошовной зоне.

Остаточные сварочные деформации влияют как на геометрическую форму конструкции, так и на ее несущую способность.

Величина и распределение остаточных напряжений и деформаций зависит от технологии сварки и от конструктивных форм, а значит жесткости свариваемых изделий. Имеет большое значение и толщина металла. При сварке металла толщиной мм проявляются в основном большие деформации, а напряжения малы. При толщине металла от 4 до 16-18 мм проявляются значительные деформации, и чем больше толщина, тем сильнее проявляются остаточные напряжения. При сварке металла мм деформации невелики, но возникают значительные остаточные напряжения.

Остаточные напряжения действуют в узкой околошовной зоне - полосой 50÷80 мм по обе стороны – и резко затухают (уже значительные σ_z).

Деформации классифицируются следующим образом. Деформации собственно сварных швов бывают продольные и поперечные. Усадку швов по высоте из-за малого влияния на деформацию конструкций обычно не учитывают.

Различают два вида деформаций стальных конструкций от сварки:

1. общие деформации – характерны для сварного элемента в целом;

2. местные деформации – образуются в пределах одной или нескольких деталей или на части одной из деталей конструкции.

Наиболее часто встречающиеся в строительных конструкциях общие деформации от сварки:

1. серповидность (саблевидность) элементов;

2. продольное и поперечное укорочение элементов;

3. винтообразность (скручивание) элементов;

4. грибовидность полок сплошных тавровых, двутавровых, Н-образных и т.п. элементов;

5. перекос полок сплошных составных сечений;

Наиболее распространенные местные деформации от сварки строительных конструкций:

1. коробление части плоских листовых деталей – «хлопуны»;

2. коробление свободных кромок длинных листовых или полосовых деталей;

3. коробление в зоне стыковых швов;

4. грибовидность полок мелких деталей составного сечения;

5. искажение плоскости фрезерованных или строганых торцов при приварке вблизи них мелких деталей;

6. отклонение плоскостей отдельных деталей от заданного в проекте положения для примыкания к основному сечению.

15.2.1. Общие деформации конструкций от сварки.

Саблевидность элементов возникает под действием изгиба от неравномерных продольных усадочных деформаций, например:

• при несимметричных сечениях сплошных сварных элементов (рис. 15.5, а);

• при приварке несимметрично расположенных нагруженных деталей (рис. 15.5, б);

• при несимметричном расположении по стенке сечения мелких деталей (рис. 15.5, в).

Рис 15.5. Деформации серповидности (саблевидности) от сварки:

1. При несимметричном сечении;

2. От приварки наружных деталей с одной стороны;

3. От приварки по стенке сечения несимметрично расположенных мелких деталей

Продольное укорочение элементов является следствием продольного укорочения от сварки поясных швов, усадки поперечных стыков, швов, прикрепляющих ребра жесткости, и др.

Деформации серповидности и продольного укорочения от наплавки на элементах сварных швов могут быть достаточно большими, если не принять конструктивных и технологических мероприятий по их предупреждению.

Так, для предупреждения серповидности можно принять меры:

1. Конструктивные:

1. Двутавровые и Н-образные сечения при высоте до 1000-1200 мм выполнять симметрично, а при большей высоте – асимметричность должна быть не более 20%;

2. Избегать несимметричного прикрепления мелких деталей, в противном случае с противоположной стороны приваривать фальшдетали.

2. При разработке технологического процесса необходимо предусматривать следующее (технологические мероприятия):

2.1. При несимметричных сечениях более мощный пояс сваривать первыми швами, что обеспечит меньшие деформации при последующей сварке более удаленных швов;

2.2. Ручную сварку поясных швов и поперечных ребер жесткости или диафрагм производить от середины к краям обратноступенчатым способом; автоматическую сварку вести, как исключение, секционным способом;

2.3. Мелкие детали, особенно при несимметричном их расположении, варить электродами малых диаметров, избегая значительного одностороннего нагрева;

2.4. Перед сваркой поясных швов и приваркой мелких деталей применять обратный выгиб, принимая стрелку его равной расчетному прогибу от сварки;

2.5. Деформированные элементы двутаврового, Н-образного и коробчатого сечений высотой 800-1000 мм можно править в холодном состоянии (грузами, винтовыми приспособлениями и т.п.) однако эта операция трудоемка и может привести к образованию зон наклепа.

Поперечное укорочение сварных элементов обычно мало, специальных мероприятий по их предупреждению не требует.

Во избежание продольных укорочений от сварки элементов по длине деталей дают припуски.

Скручивание (винтообразность) элементов. Эти усадочные деформации образуются в элементах таврового, двутаврового и коробчатого сечений от крутящих моментов, возникающих от сварки поясных швов в противоположных направлениях (рис. 15.6).

Рис. 15.6. Схема образования деформаций винтообразности от сварки поясных швов: