книги / Сварные конструкции

который строится в настоящее время, имеет диаметр 160 м и высоту 36 м.

На рис. 4 представлена фотография флагмана ледокольного флота атомного ледокола «Ленин».

Это самый мощный ледокол в мире. Цельносварной корпус ледокола способен выдерживать ледовые нагрузки самых суро­ вых условий плавания в Северном Ледовитом океане и в наших северных морях.

Корабль находится в эксплуатации, начиная с 1960 г. Работа в таких условиях является весьма серьезной проверкой для всех частей сварного корпуса и может свидетельствовать об их боль­ шой надежности и прочности.

Судостроение полностью перешло на сварные конструкции. Корабли всех классов строятся только сварными. Большое зна­ чение при этом имеет то, что сварные соединения обеспечивают не только высокую прочность, но и непроницаемость, что в судо­ строении имеет весьма большое значение.

Для судостроения в нашей стране характерна высокая орга­ низация всех работ, связанных с проектированием и изготовлением сварных конструкций. Разработка проекта сварной конструкции осуществляется одновременно с разработкой проекта технологи­ ческого процесса ее изготовления. Это создает условия для увязки всех конструктивных и технологических решений и обеспечи­ вает конструкции не только необходимые эксплуатационные ка­ чества, но и высокую технологичность. В судостроительной про­ мышленности отмечается самый высокий уровень применения автоматической сварки.

На рис. 5 представлена фотография цельносварного пассажир­ ского вагона. Этот новый тип комфортабельного вагона имеет купол для обозрения местности, который расположен в средней части вагона, имеющей два этажа.

В первом этаже этого вагона размещено семь мягких спальных четырехмеепщх купе. Во втором этаже расположен зал с куполо­ образной застекленной крышей. В зале вдоль боковых стен уста­ новлено 14 двухместных кресел для отдыха пассажиров. Вагон снабжен установкой для ^кондиционирования воздуха, обеспечи­ вающей хорошие условия проезда в любое время года.

Кузов вагона стальной, с несущей обшивкой, подкреплен­ ной продольными и поперечными элементами из гнутых про­ филей.

Конструкция цельносварная с применением большого объема высокопроизводительной контактной точечной сварки.

Создание такой сложной конструкции отражает успехи, до­ стигнутые в области применения сварки в вагоностроении, где все выпускаемые типы вагонов являются цельносварными.

Цельносварные конструкции широко применяются при по­ стройке городских мостов больших пролетов. Среди сооружений подобного типа можно назвать такие, как мост им. Лейтенанта

Шмидта через реку Неву в Ленинграде, мост им. В. О. Патона через Днепр в Киеве, Ново-Арбатский мост в Москве.

В настоящее время на мостовых заводах налажено серийное производство цельносварных пролетных строений железнодо­ рожных мостов с балками со сплошной стенкой. Такие пролет­ ные строения полностью изготовляются на заводах и целиком доставляются на место постройки моста.

Приведенные примеры применения сварных конструкций в раз­ личных областях строительства свидетельствуют о большом зна­ чении сварки и о достаточно высокой надежности сварных кон­ струкций при самых разнообразных условиях их работы.

Сварка играет большую роль и в завоевании космоса. Она находит широкое применение при изготовлении космических ко­ раблей, а в перспективе предстоит еще более широкое ее приме­ нение. Она будет использоваться при строительстве космических станций, стартовых площадок и взлетных устройств на других планетах.

Особенности сварных конструкций. Для обеспечения надеж­ ности сварных конструкций необходимо учитывать их основные особенности, которые заключаются в следующем. Материал свар­ ной конструкции подвергается значительному тепловому воздей­ ствию в процессе сварки. Поэтому для обеспечения необходимых свойств сварных соединений большое значение имеет выбор ма­ териала конструкции.

При проектировании сварных конструкций необходимо учи­ тывать, что они являются монолитными. Это свойство, представ­ ляющее большие возможности для создания более совершенных конструкций, в то же время несколько усложняет условия их работы. В сварных монолитных соединениях невозможны пере­ мещения между отдельными элементами, тогда как клепаные соединения благодаря возможности в них сдвигов обладают не­ которой подвижностью, которая в ряде случаев оказывается достаточной для уменьшения опасности появления дополни­ тельных напряжений, возникающих от действия случайных на­ грузок.

Форма сварного соединения имеет особенно большое значение для прочности сварных конструкций, воспринимающих динами­ ческую нагрузку, а также работающих в условиях низких температур, при которых даже первоначально пластичный мате­ риал может потерять свои пластические свойства и стать хруп­ ким.

Монолитность и жесткость узлов сварных конструкций сле­ дует учитывать также и при их изготовлении.

Отмеченные особенности приводят к тому, что задача обеспе­ чения требуемых свойств сварных конструкций должна решаться комплексно — путем выбора материала конструкции, определен­ ных форм сопряжений и соответствующей технологии изготов­ ления.

Задачи курса. Изучение всех этих вопросов является составной частью настоящего курса. Опыт проектирования, изготовления и эксплуатации сварных конструкций убедительно показывает, что при условии правильного -выбора материала конструкции, форм сопряжений ее отдельных узлов и технологии изготовления все самые ответственные конструкции могут быть сварными. При этом сварные конструкции, обеспечивающие значительную эко­ номию металла, обладают не только наилучшей технологичностью, но и наибольшей надежностью по сравнению с другими видами конструкций.

Г л а в а I

МАТЕРИАЛ СВАРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

В настоящее время наибольшее распространение в сварных конструкциях самого общего назначения получила сталь. В от дельных отраслях промышленности и строительства применяются легкие сплавы на базе алюминия, а также сплавы на базе титана и магния* Начинают применяться и другие конструкционные материалы, такие, например, как пластмассы, которые для не­ которых отраслей промышленности являются весьма перспектив­ ными.

§ 1. К О Н С Т РУ К Ц И О Н Н Ы Е СТАЛИ

Классификация сталей. По химическому составу конструк­ ционную сталь разделяют на углеродистую и легированную.

Углеродистые стали обыкновенного качества кроме углерода содержат так называемые нормальные добавки: марганец (до 0 ,8 %), кремний (до 0 ,6 %), а также небольшое количество неиз­

легирующих элементов обычно относятся: никель, хром, медь и некоторые другие элементы, а также марганец и кремний в коли­ чествах, превышающих пределы нормальных добавок.

О влиянии отдельных элементов на свойства стали можно судить по данным табл. 1.1.

Наибольшее распространение в сварных конструкциях имеют малоуглеродистые стали (с содержанием углерода до 0,25%) и низколегированные стали (с суммарным содержанием легирую­ щих элементов до 2 %).

По степени раскисления различают стали кипящие, спокой­ ные и полуспокойные.

Кипящая сталь получается более ускоренным способом при недостаточно полном раскислении. Она более дешевая, но по ка­ честву уступает спокойной стали, получаемой при более полном раскислении. Полуспокойная сталь по степени раскисления и свойствам представляет собой промежуточный тип.

малоуглеродистой стали марок Ст.З и М16С. Следующие две марки стали (09Г2С и 12ГС) применяются в сварных листовых конструкциях. Последние две марки (18Г2С и 25Г2С) предназна­ чены для арматурных стержней периодического профиля в же­ лезобетонных конструкциях.

Электроды. В настоящее время, при достаточно большом разнообразии сварочных материалов, можно обеспечить требуе­ мые свойства металла шва при сварке всех применяющихся в ме­

П р и м е ч а н и е . Применение существующих марок электродной про­ волоки и соответствующих флюсов при автоматической сварке обеспечивает свой­ ства металла шва и сварного соединения, указанные для типов электродов с индек­ сом А.

Необходимо стремиться к тому, чтобы свойства металла свар­ ных швов в готовой конструкции были такими же, как и свойства основного металла. Снижение пластичности металла сварных швов по сравнению с основным металлом является нежелательным. Поэтому, учитывая некоторые изменения свойств в процессе сварки, целесообразно сварочные материалы выбирать таким об­ разом, чтобы наплавленный металл обладал несколько большей пластичностью. При этом будет скомпенсирована некоторая потеря

Как видно из приведенных данных, применение стали повышен­ ной прочности, легких сплавов и пластмасс дает большие возмож­ ности для снижения веса конструкций. Для более полной оценки свойств различных сплавов в табл. 1.7 кроме коэффициента веса приведено также значение удельного модуля, по которому в за­ висимости от условий работы элемента конструкции можно оце­ нить и степень его деформации. Следует заметить, что понижение степени деформации, характерное для низколегированной стали

(по сравнению с эффективностью, определяемой по коэффициенту веса).