книги / Сварные конструкции.-1

В. О. МАЙЗЕЛЬ, Д. И. НАВРОЦКИЙ

СВАРНЫЕ

КОНСТРУКЦИИ

Д о п у щ е н о М и н и ст е р с т в о м вы сш его

м а ш и н о ст р о и т ел ьн ы х т е х н и к ум о в

ИЗДАТЕЛЬСТВО « М А Ш И Н О С Т Р О Е Н И Е » МОСКВА 1965 ЛЕНИНГРАД

УДК 624.014.25 (075.3)

МАЙЗЕЛЬ В, С.. НАВРОЦКИЙ Д. И. Сварные конструкции.

М.—Л ., И. «Машиностроение». 1965, 348 стр. с илл.

В книге излагаются основы расчета и конструирования эле­ ментов строительных сварных конструкций — балок, колонн, ферм, сварных листовых конструкций, а также некоторых видов сварных машиностроительных конструкций — зубчатых колес, барабанов, рам и др. Значительное внимание при этом уделено работе^сварных конструкций на выносливость. Приведены при­ меры расчета отдельных конструкций.

Расчетная часть выполнена в соответствии с существующими нормативными положениями о проектировании сварных кон­ струкций.

Книга предназначена в качестве учебника для учащихся машиностроительных техникумов. Она может быть также исполь­ зована инженерно-техническими работниками, проектирующими сварные конструкции.

Рецензенты: доц, канд. техн. наук Г. А. Мирлин, инж. Л. П. Шебеко

Научный редактор: инж. В. И. Дзень

ВВЕДЕНИЕ

Решения XXII съезда КПСС о создании материально-техни­ ческой базы коммунизма предусматривают значительное увели­ чение выпуска продукции во всех отраслях народного хозяйства. Принятый курс на химизацию нашей страны определяет рост производства тех отраслей промышленности, которые должны обеспечить создание базы для «большой химии».

При решении всех этих задач большая роль отводится метал­ лическим конструкциям, которые широко применяются в промыш­ ленном и гражданском строительстве, а также в машиностроении.

Основными достоинствами металла как материала для кон­ струкций являются:

1)высокая прочность при относительной его легкости;

2)изртропность (однородность строения во всех направлениях), малые деформации и высокая упругость в пределах нормальной работы, определяющие надежность и долговечность конструкций;

3)водо- и газонепроницаемость.

Недостатки конструкций из стали заключаются в том, что они подвержены коррозии под действием влаги и некоторых агрессив­ ных паров и газов и обладают малой огнестойкостью. Поэтому многие металлические конструкции нуждаются в специальной защите (покраска, покрытие лаком), а некоторые (например, сталь­ ные кожухи печей) должны быть изолированы или снабжены ис­ кусственным охлаждением.

Начиная с тридцатых годов, широкое применение в строи­ тельстве и машиностроении получил способ соединения металли­ ческих элементов посредством электродуговой сварки. В настоя­ щее время свыше 85% металлических конструкций изготовляется в Советском Союзе при помощи разнообразных методов сварки; объем производства сварных конструкций непрерывно растет.

Распространению сварки в различных отраслях промышленно­ сти способствовала разносторонняя научно-исследовательская ра­

тельные требования, обусловленные тем, что в сварных конструк­ циях вопросы выбора основного и присадочного материала, кон­ струирования и технологии сборки и сварки тесно и неразрывно связаны между собой. Правильным выбором материала и режима сварки, а также применением специальных технологических мер можно обеспечить необходимые свойства металла, расположенного

взонах сварных швов и подвергающегося тепловому воздействию

впроцессе сварки, и ограничить степень изменения этого металла допустимыми пределами. При этом необходимо учитывать, что излишнее количество наплавлен­ ного металла увеличивает свароч­ ные напряжения и вызывает недо­ пустимые по техническим усло­ виям коробление и усадку.

Форма сварных соединений имеет особенно большое значение для прочности конструкций, вос­

принимающих динамическую на­ грузку, а также конструкций, работающих при низких темпера­ турах, прикоторых даже перво­ начально пластичный материал йожет потерять пластические свой­ ства й перейти в хрупкое состоя­ ние. Поэтому в особо напряжен­

ных узлах следует избегать резких изменений формы и создавать плавные переходы, снижающие концентрацию напряжений.

Таким образом, задача обеспечения требуемых свойств свар­ ных конструкций должна решаться комплексно, путем надлежа­ щего выбора материала, форм сопряжений, а также соответствую­ щей технологии изготовления.

При одновременном проектировании конструкции и техноло­ гического процесса ее изготовления могут быть выбраны формы, облегчающие механизацию и автоматизацию процессов изготов­ ления сварной конструкции, и использованы средства для повы­ шения ее работоспособности.

Алюминиевые сплавы являются новым высокоэффективным материалом для сварных строительных и машиностроительных конструкций. Изделия из алюминиевых сплавов отличаются легкостью, простотой технологии изготовления и хорошим внеш­ ним видом.

В связи с расширяющимся применением алюминиевых сплавов для сварных конструкций в книге приведены краткие характе­ ристики отечественных сплавов, а также основные данные для расчета элементов конструкций из этих сплавов.

Основной задачей при сварке алюминиевых сплавов является создание соединений, равнопрочных основному металлу. Однако

получить такие соединения достаточно сложно 6 связи 6 необ­ ходимостью удалять с поверхности сплава очень тугоплавкую пленку.

Вкниге в основном использованы ранее изданные монографии

иучебные пособия по данному предмету, указанные в конце книги,

атакже новые материалы, опубликованные в периодической лите­ ратуре, главным образом в журналах «Сварочное производство»

и«Автоматическая сварка».

Всвязи с тем, что в ГОСТ и Нормах проектирования механи­ ческие. величины даны в системе МКГСО (основные единицы — метр, килограмм-сила, секунда), эти величины приводятся в преж­ ней системе. В скобках указаны размерности величин в единицах

Международной системы СИ (ГОСТ 9867—61). С целью упрощения расчетов напряжения в материале выражены в дан/см2 и дам/мм2, где 1 дан (деканьютон) = 10 и (ньютон). При этом с достаточной для практики точностью (2%) принято 1 дан яг 1 кгс.

Главы I, IV, V, V III, X, X II, XIII. и XIV написаны В. С. Майзелем, главы II, III, VI, VII, IX и XI — Д. И. Навроцким.

МАТЕРИАЛЫ, ПРИМЕНЯЕМЫЕ В СВАРНЫХ

ко н с т ру к ц и я х

§1. Основной металл конструкций

Для изготовления сварных конструкций чаще всего приме­ няются прокатные стали (углеродистые и низколегированные) различных марок, в отдельных случаях алюминиевые сплавы или неметаллические материалу — пластмассы и органическое стекло.

Состав стали. Сталью называется сплав железа Fe с углеро­ дом С (обычно не более 1,2%), содержащий в виде естественных примесей или специальных добавок кремний Si, марганец Мп, медь Си, серу S, фосфор Р и другие элементы.

Обыкновенная углеродистая сталь в зависимости от содержа-, ния в ней углерода делится:

а) на малоуглеродистую сталь с содержанием углерода 0,07— 0,25 % (в основном идет на строительные и некоторые машинострои­ тельные конструкции);

б) среднеуглеродистую сталь с содержанием углерода 0,25— 0,60% (в основном употребляется в машиностроении);

в) высокоуглеродистую (инструментальную) сталь с содержа­ нием углерода 0,65—1,3%.

С изменением химического состава изменяются и механические свойства стали. С увеличением содержания углерода повышается прочность стали, но уменьшается ее пластичность и ухудшается свариваемость. Поэтому верхний предел содержания углерода в стали, применяемой для сварных конструкций, обычно ограни­ чивается 0,20—0,22%.

Марганец существенно повышает прочность стали без замет­ ного уменьшения ее пластичности и снижает вредное влияние серы.

В низколегированных сталях марганец находит широкое при­ менение как заменитель никеля.

Кремний повышает твердость и прочность стали, но умень­ шает ее пластичность и стойкость против коррозии. При содер­ жании кремния до 1,2% и углерода до 0,15% сталь хорошо сваривается; при более высоком содержании углерода кремний ухудшает свариваемость стали, а потому содержание его в мало­ углеродистой стали для сварных конструкций ограничивается 0,22—0,35%.

Для повышения качества стали в нее добавляют медь, никель, хром и другие элементы. Такие стали называются легированными. Полезной добавкой является медь, которая повышает прочность стали и стрйкость против атмосферной коррозии. Сталь, содер­ жащая медь, хорошо сваривается. Добавка меди рекомендуется в пределах 0,3—0,5%.

Хром обычно содержится в низколегированных сталях. При­ сутствие его в стали повышает характеристики прочности, незна­ чительно уменьшая при этом пластичность и ударную вязкость. Хром уменьшает склонность стали к' хрупкости под влиянием естественного старения.

Никель, введенный в сталь даже в небольших количествах (0,3—0,5%), увеличивает прочность и твердость стали при незна­ чительном уменьшении ее пластичности. Вместе с тем никель зна­ чительно повышает ударную вязкость стали и уменьшает ее чув­ ствительность к старению.

Титан оказывает более эффективное влияние на свойства стали, чем никель, хром, медь или молибден. Присутствие титана улуч­ шает свариваемость стали и устраняет склонность ее к подкаливанию на воздухе при сварке.

После переплавки чугуна в сталь в ней остаются фосфор и сера, являющиеся вредными примесями.

Фосфор делает сталь хладноломкой, т. е. хрупкой при пони­ женной температуре, и несколько увеличивает ее прочность и стойкость против коррозии. В сталях с повышенным содержанием фосфора легко образуются трещины при холодной обработке, а также при низких температурах.

Сера делает сталь красноломкой (трещиноватой при темпера­ туре 800—1000° С), а потому непригодной для горячей обработки.

Содержание фосрфора и серы в стали ограничивается примерно 0,05% для каждого из этих элементов.

К вредным примесям относятся также азот и кислород. По­ этому расплавленную при сварке сталь необходимо защищать от воздействия воздуха.

По способу производства различаются стали мартеновские и конвертерные (бессемеровские и томасовские). Мартеновская сталь значительно лучше и чище конвертерной, которая по условиям производства (продувание) получается засоренной азотом и кисло­ родом, а также пузырями воздуха. В конвертерной стали обычно больше фосфора и серы, углерода же значительно меньше, чем