2
Технология сварки металлоконструкций.
Сварка как способ получения неразъемного соединения материалов открывает широкие возможности снижения трудоемкости изготовления и монтажа конструкций, расширяет возможности использования в конструкциях рациональных типов сечений, позволяющих существенно снизить металлоемкость, при создании сварных конструкций должно быть обеспечено комплексное решение научных проектных и производственных задач, включая раз работку хорошо свариваемых сталей, методов расчета и конструирования сварных соединений и узлов, наиболее полно отвечающих их действительной работе, создание высоко производительных сварочных процессов, оборудования и материалов, а также изыскание новых конструктивных форм, отвечающих требованиям высокой технологичности изготовления и заводской готовности конструкций. Тема сварки при изготовлении и монтаже строительных конструкций очень обширна. Разнообразие строительных металлических конструкций столь велико, а специфика их проектирования, изготовления и строительства так отличается друг от друга, что даже поверхностно, в отведенное время, рассказать о последних достижениях в этой области не представляется возможным, по этой причине наш материал представлен сведениями о сталях, применяемых в сварных строительных конструкциях в СНГ и за рубежом, рекомендациями по выбору стыковых и угловых соединений, широко применяемых в различных конструкциях. А затем, рассматриваются основные, наиболее важные вопросы проектирования, изготовления и монтажа балочных конструкций и конструкций настила пре имущественно металлических автодорожных мостов. Почему мы остановились на автодорожных мостах? Прежде всего этот вид строительных конструкций широко распространен во всем мире. В мировой практике сварного мостостроения имеются большие научно-технические успехи в области проектирования, изготовления, монтажа и сварки автодорожных и городских мостов. Во всем мире ежегодно изготавливается порядке 50. 60 тысяч тонн мостовых конструкций. Новые разработки технолгий дуговой сварки и материалы находят применение при изготовлении и монтаже мостовых конструкций. Безусловно много нового имеется в резервуаростроении, высотном гражданском строительстве, антенных конструкциях, сооружении морских стационарных платформ и т.п. Однако этому можно уделить внимание при выделении дополнительного времени. Для специалистов будет представлять практический интерес материал о характерных дефектах в строительных конструкциях и рекомендации по их устранению. Материал построен на использовании нормативных документов и опыта проектирова ния, изготовления и монтажа в Украине, СНГ, передовых странах Европы и Америке.
Прокат, применяемый для сварки металлоконструкций, должен отвечать требованиям соответствующих государственных стандартов или технических условий на его поставку. При выборе марок прокатной стали следует учитывать степень ответственности конструкций зданий и сооружений, а также условия их изготовления и эксплуатации в соответствии с СНиП II 23-81. "Стальные конструкции" Основным материалом для сварных металлических строительных конструкций является сталь, поставляемая в виде листов, рулонов, различных фасонных, прокатных, гнутых и гнутосварных профилей, труб и периодических профилей для железобетонных конструкций. В Украине применяется прокат выпускаемый по различным ГОСТ и ТУ, среди которых следует отметить ГОСТ 380-94 и соответствующий ему украинский ДСТУ 2651-94 «Сталь углеродистая обыкновенного качества». Прокат из стали повышенной прочности - ГОСТ 19281-89. Прокат низколегированный конструкционный для мостостроения - ГОСТ 6713-91. Особое внимание заслуживает ГОСТ 27772-88 "Прокат для строительных стальных конструкций". Этот стандарт распространяется на горячекатаный фасонный (уголки, швеллеры, двутавры), листовой, широкополосный универсальный прокат и гнутые профили из углеродистой и низколегированной стали, предназначенные для строительных стальных конструкций со сварными и другими соединениями. Прокат из стали повышенной прочности (ГОСТ 19281-89) имеет девять классов прочности. Приводится базовый химический состав для каждого класса прочности, а также пере чень марок сталей рекомендуемых для различных классов прочности и толщин фасонного, сортового и листового проката. Класс прочности производитель проката может обеспечить несколькими марками стали, что создает у потребителя определенные технологические трудности. Прокат изготавливают в горячекатаном, термообработанном состоянии и после контролируемой прокатки в соответствии с заказом. При отсутствии указаний способ изготовления определяет предприятие-изготовитель. По требованию потребителя прокат поставляется с гарантией свариваемости. Для стали класса прочности 390 углеродный эквивалент С э должен быть не более 0,49, а для стали класса прочности 440 - Сэ не более 0,51. Прокат классов прочности 265, 295, 315 (толщиной свыше 20 мм), 325 (толщиной свы ше 10 мм), 345, 355, 375, 390 и 440 может поставляться с повышенной стойкостью против атмосферной коррозии. К обозначению класса прочности добавляется буква Д (например 265Д, 295Д). Прокат классов прочности 315 и 345 изготавливается с применением нормализации или контролируемой прокатки, классов прочности 390, 440 с применением термического уп рочнения или контролируемой прокатки. В зависимости от требований к испытаниям на ударный изгиб прокат изготавливают по 15 категориям. Регламентируется ударная вязкость толстолистового и широкополосного универсального проката KCU и KCV для различных классов прочности. ГОСТ 27772-88 "Прокат для строительных стальных конструкций" практически обеспе чивает все необходимые требования предъявляемые к металлу для обычных и специаль ных сварных металлоконструкций. Изготовитель гарантирует свариваемость, высокий уро вень обеспеченности механических характеристик (не ниже 0,95). Каждому классу прочности соответствует одна марка стали. По ГОСТ 27772-88 стали в обозначении имеют букву С. Пример: С235 - свариваемая с нормативным пределом текучести 235 МПа. По ГОСТ 27772-88 изготавливают фасонный прокат из стали С235, С245, С255, С275, С285, С345К, С375, листовой, универсальный прокат и гнутые профили - из стали С235, С245, С255, С275, С285, С345, С345К, С375, С390, С390К, С440, С590, С590К. Прокат из стали С255 с массовой допей марганца 0,8-1,1% и кремния 0,15-0,30% изготовляют толщиной более 30 мм, из стали С285 того же химического состава -толщиной не менее 16 мм. Допускается способом термического улучшения со специального нагрева изготовлять листовой прокат стали С390 с химическим составом стали С345, а также способом термиче ского упрочнения с прокатного нагрева изготовлять фасонный прокат с толщиной полки до 12 мм включительно стали С345 и С375 с химическим составом стали С245 и С255. В этом случае к обозначению стали добавляют букву Т, например С390Т, С390ДТ. Ударную вязкость после деформационного старения определяют по ГОСТ 7268-82 на образцах с концентратором вида U при температуре 20 °С. ГОСТ 27772-88 является основным при выборе материалов при проектировании строительных конструкций по СНиП II-23-81. Мы рассмотрели состояние вопроса выбора материала для металлических конструкций регламентированного отечественными нормативными документами. Расчет и проектирование металлических строительных конструкций в Германии осу ществляются по DIN 18800 (часть I). С сентября 1993 г. в Европе начато внедрение в большинстве стран единых европейских норм на стальную металлургическую продукцию. В частности в строительстве внедряется стандарт EN 10113:1993 "Горячекатанные изделия из свариваемой мелкозернистой строительной стали «Warngewalzte Erseugnisse aus schweissgeeigneten Feinkornbaustahlen». Этот стандарт разработан Техническим комитетом ECISS/TCIO "Строительные стали, стандарты качества" и принят Европейским комитетом стандартизации CEN 1993-03-05. Стандарт EN 10113 внедряется в странах Европейского экономического сообщества Бельгии, Дании, Германии, Финляндии, Франции, Италии, Люксембурге, Нидерландах, Авст рии, Швеции, Испании и Англии. Стандарт предусматривает поставку листа толщиной 0,49%, стали С440 - не более_51%. Р»Я Очевидно, прокат по EN 10113 обладает улучшенной свариваемостью. При изготовлении и монтаже металлоконструкций возникает меньше проблем связанных с образованием трещин. Для изготовления металлических конструкций сварных пролетных строений в США применяется целый ряд углеродистых, низколегированных и среднелегированных обычных и высокопрочных сталей толщиной 3. 60 мм, упрочненных термической обработкой, в том числе с прокатного нагрева. Немного о прочностных показателях металла используемых при расчете металлоконструкций. Строительные конструкции в Украине рассчитываются по предельным состояниям. В расчетах используют расчетные сопротивления Расчетные сопротивления по пределу текучести для стальных конструкций, расчитываемых по предельному состоянию, получают путем деления предела текучести стали Ryn, принимаемого равным значению предела текучести по государственным стандартам и техническим условиям на сталь на коэффициент надежности по материалу Ym. Ry = Ryn / Ym.
Большое значение при сварке металлоконструкций имеет правельное применение схем сварки и порядка наложения сварных швов. При сварке особенно тонколистовых изделий большой проблемой является сохранение правельной формы и размеров конструкции, для этого применяются специальные схемы сварки, где указывается последовательность выполняемых швов и узлов конструкции. Типовые схемы сварки металлоконструкций.
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 свар ка 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 прово локой 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 сварно го 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. 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 про тяжении 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 указывает ся предел погонного тепловложения, и поэтому режимы сварки устанавливаются с учетом этих данных и не должны оказывать отрицательного воздействия на металл ЗТВ. В некото рых случаях по решению главного инженера проекта проверяется ударная вязкость на об разцах с надрезом по зоне крупного зерна. Температура испытания образцов устанавлива ется 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 оп ределяется 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 остающих ся подкладках толщиной 5. 9 мм в зависимости от способа сварки. Допускается устанавли вать остающиеся подкладки также в соединениях, испытывающих напряжения сжатия.
СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ.
Сварные соединения классифицируют по различным признакам. Наиболее распро страненными из этих признаков являются следующие: геометрия примыкания соединяемых элементов, тип используемых сварных швов, способ сварки, условия работы, толщины сва риваемых элементов, свариваемые материалы. При производстве строительных конструкций применяется преимущественно электродуговая сварка. Основные типы, конструктивные элементы и размеры сварных швов и со единений регламентированы следующими нормативными документами: ГОСТ 8713-79 и ГОСТ.11533-75 - для швов выполняемых автоматической и полуавто матической сваркой под флюсом; ГОСТ 14771-76 - для швов, выполняемых сваркой в защитных газах; ГОСТ 5264-80 и ГОСТ 11534-75 - для швов, выполняемых ручной дуговой сваркой. В отдельных случаях применяются электрошлаковая сварка ГОСТ 15164-78, контактная сварка ГОСТ 15878-79 и дуговая точечная сварка ГОСТ 14776-79. В зависимости от вида и геометрии примыкания соединяемых элементов указанными стандартами для дуговой сварки предусмотрены четыре характерных случая: - стыковое соединение, когда свариваемые элементы лежат в одной плоскости; - угловое соединение, когда две детали своими торцевыми поверхностями соединяются под определенным углом по отношению друг к другу; - тавровое соединение, когда одна деталь примыкает к другой своей торцевой поверхностью; - нахлесточное соединение, когда свариваемые элементы перекрывают друг друга. Рассмотрим некоторые главные особенности проектирования и изготовления сварных соединений строительных металлоконструкций.
Стыковые соединения Сварные стыковые соединения листовых деталей следует выполнять прямыми с полным проваром и с применением выводных планок. В монтажных условиях допускается односторонняя сварка с подваркой корня шва и сварка на остающихся стальных подкладках. При применении остающихся подкладок необходимо выполнять требования. Крепление подкладки необходимо производить со стороны свариваемых кромок. При ручной сварке зазор в собранном стыке должен быть 7±1 мм. Выполнение этих требований исключит появление трещин типа "усов". Толщина остающейся подкладки выби рается такой, которая на установленных режимах сварки исключает ее прожог.При изготовлении и монтаже сварку стыковых соединений ведут, как правило, с при менением механизированных способов сварки наилучшие результаты имеют место при применении автоматической сварки под флюсом (Аф). В табл. 1 представлены наиболее типичные стыковые соединения используемые в сварных строительных конструкциях. Стыки без разделки кромок выполняют при толщине элементов до 16 мм. Если сты куемые листы имеют толщину более 16 мм рекомендуется производить разделку кромок двухстороннюю [2] или одностороннюю. Параметры стыка и режимы выбирают такими, что бы обеспечить полный провар. Стыки 1 и 2 осуществляют при разнице толщин листов не более 4 мм. При значительной разнице толщин рекомендуются стыки по типу 3 (с односторонним уклоном) или по типу 4 (с двухсторонним уклоном). В мостостроении принято для растяну тых элементов применять уклон 1:8, а для сжатых 1:5. Уклоны выполняют фрезеровкой или строжкой с соблюдением требований по шероховатости поверхности.
В последнее время в практике мостостроения начали применять элементы конструк ций в виде пакета листов. В частности при строительстве автотранспортной эстакады в Одесском морском порту. В ряде пролетов нижние пояса были изготовлены из пакетов 40+40 мм; 40+32 мм; 40+24 мм. В отечественных нормативных документах отсутствуют рекомендации по конструированию монтажных стыков. Немецкие нормы DIN 18800 рекомендуют решение 5 и 6 (таблица). В зоне стыка при изготовлении производится небольшая разделка по плоскости соприкосновения листов с последующей заваркой и зачисткой этих участков. Толщина наплавленного металла составляет 7-8 мм. При автоматической сварке на монтаже на этом участке нельзя допускать полного проплавления омоноличенной зоны.
Угловые соединения При производстве строительных стальных конструкций основной объем сварочных ра бот приходится на выполнение угловых швов. Эти швы в конструкциях заводского изготовления составляют по массе наплавляемого металла более 90%. из них около 40% - расчетные швы, размеры которых устанавливаются при проектировании в соответствии с расчетами на прочность, и около 60% - конструктивные швы. Поэтому рациональное проектиро вание соединений с угловыми швами служит большим резервом повышения качества и эффективности сварочного производства. При проектировании сварных узлов, один из элементов которых испытывает растяги вающие напряжения по толщине листа, следует принимать конструктивные решения угловых и тавровых соединений с уменьшенным риском возникновения слоистых трещин. Для этого необходимо (Рис.1). - отказаться от применения одностороннего углового шва и перейти к двустороннему со сведением к минимуму концентрации деформаций в вершине сварного шва (Рис. 1, а.
- в тех случаях, когда это невозможно, применять соединения без разделки кромок с минимально возможным объемом наплавленного металла взамен соединений с полным проплавлением (Рис. 1, б); - применять при статических нагрузках соединения с разделкой кромок (h ^ t/З) неполным проплавлением (Рис. 1, в) - по возможности избегать применения V -образной разделки, применяя К-образную раз делку (Рис. 1, г); - во всех случаях, когда это возможно, применять тавровые соединения вместо угловых (Рис. 1, а); Важным фактором при сварке ответственных конструкций является правильнй подбор режимов сварки, что приводит к равномерному заполнению шва и уменьшает остаточные напряжения. Влияние режимов сварки на форму шва показаны на (рис.2.
Рисунок 2 В процессе сварки необходимо контролировать скорость сварки, чтобы она была умеренной при ручной сварке в приделах 20 м/ч.
Сварные узлы строительных конструкций образуются стыковыми и угловыми соедине ниями. При проектировании необходимо стремиться к созданию наиболее благоприятных условий для выполнения сварных соединений в узлах (доступность, нижнее положение и т.д.), для применения автоматизированных или механизированных способов сварки - как гарантии качества.
Балки При изготовлении балочных конструкций следует обращать внимание на взаимное расположение швов (Рис. 2). В соответствии с требованиями нормативных документов ми нимальное расстояние между двумя параллельными швами должно быть не менее 10 б, где б = толщина более толстого материала.
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.
Ортотропная плита проезжей части автодорожных мостов Стальная ортотропная плита является основным элементом современных металлических мостов. Широкое внедрение автоматической и механизированной сварки позволило создать современные конструктивные решения, индустриальные в изготовлении и на монтаже и экономичные по расходу стали. Выработанная в результате более чем 40-летнего развития современная конструкция ортотропной плиты состоит из стальных листов, под¬крепленных продольными ребрами и поперечными балками или диафрагмами. Стальная ортотропная плита используется для проезжей части, являющейся одновременно верхним поясом главных балок, и для нижних поясов коробчатых пролетных строений. Аналогичные листовые конструкции подкрепленные набором продольных и поперечных ребер широко используются в судостроении. Продольные ребра в течение многолетней отработки конструкции ортотропной плиты применялись самых различных форм. с открытыми и коробчатыми поперечными сечениями, сварные, прокатные, образованные роспуском сложных прокатных профилей и т.п. Открытые полосовые ребра имеют толщину 12-16 мм. Ребра коробчатого сечения изготавливают толщиной 5. 10 мм. Специалисты отдают предпочтение ортотропным плитам с продольными ребрами коробчатого сечения как имеющим конструктивные и технологические преимущества и более экономичным, чем плиты с полосовыми ребрами. Основное преимущество продольных ребер коробчатого сечения - большая жесткость на кручение, предопределяющая пространственную работу конструкции и повышенный эффект распределения колесной нагрузки в поперечном направлении. Технологическое преимущество трапециедальных коробчатых ребер - меньший объем сварочных работ. Стенки коробчатых ребер приваривают к листу плиты (t = 12. 14 мм) только с внешней стороны швами с малыми катетами поэтому длина сварных швов при приварке таких ребер в 2 раза, а масса наплавленного металла - в 4 раза меньше, чем у плит с открытыми ребрами. Благодаря уменьшению тепловложений при сварке и повышенной пространственной жесткости снижаются сварочные деформации. Перечисленные преимущества оказывают решающее влияние на выбор коробчатых ребер.
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИ ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ УЗЛОВ ПРИ ИЗГОТОВЛЕНИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ, 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). 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.
Обсудить статью на форуме.
*