Характер остаточных сварочных деформаций фланцев
При приварке фланцев возникают остаточные сварочные напряжения, приводящие к появлению во фланцах грибовидности — одному из наиболее нежелательных дефектов изготовления конструкций (рис.1). Величина грибовидности фланцев в зоне болтов равна: Тангенс угла а можно приближенно найти, используя выражение, приведенное в работе: Для фланцев толщиной от 16 до 36 мм величина грибовидности может достигать 1—2 мм в зоне постановки болтов, при общих деформациях фланцев по кромкам 3—4 мм. В зависимости от последовательности наложения сварных швов могут возникать различные формы деформированной поверхности фланца (рис. 2). При наложении первого сварного шва изнутри растянутой полки, происходит отгиб фланца наружу (рис. 2 а). После наложения второго шва с внешней стороны полки, фланец частично деформируется в обратную сторону, но общий вид деформаций сохраняется. Общий габарит отправочной марки при этом может увеличиться на 5—8 мм. При монтаже выступающие части деформированных фланцев препятствуют сборке конструкций и поэтому такая форма грибовидности является нежелательной. На рис. 2 б показан случай, когда первым накладывался шов с внешней стороны полки. Фланец при этом отгибается вовнутрь и, после наложения второго шва изнутри полки, практически сохраняет свое положение. Габарит отправочной марки при этом не изменяется и грибовидность фланцев практически не отражается на сборке конструкций. Наиболее опасная форма грибовидности показана на рис. 2 в. В этом случае вся контактирующая поверхность фланцев имеет серповидную форму. Контакт между соприкасающимися фланцами происходит либо в одной точке в середине сечения (при выпуклой серповидности) или в двух точках напротив полок двутавра ( при вогнутой серповидности), что является недопустимым. В соответствии с действующими рекомендациями по проектированию фланцевых соединений, остаточные сварочные деформации фланцев недопустимы и поэтому при изготовлении следует принимать меры по их снижению или исправлению. Наиболее распространенными мерами являются сварка в кондукторах (прижимах), термическая правка, фрезеровка поверхностей фланцев, одновременная приварка двух фланцев при попарной сборке отдельных марок конструкций и т.д. Эти операции являются достаточно трудоемкими, а в случае фрезеровки и металлоемкими, так как здесь для достижения требуемой плоскостности фланцев необходимо снимать от 1 до 4—5 мм металла по всей поверхности. Для изучения влияния остаточных сварочных деформаций на работу фланцевых соединений автором были проведены специальные исследования, в ходе которых изучалось: — перераспределение усилий в болтах при их натяжении; — деформации фланцев и соединяемых конструкций в целом при затягивании болтов; — работа фланцевых соединений, имеющих остаточные сварочные деформации, под нагрузкой. При сборке соединений были приняты следующие схемы затяжки болтов: последовательная односторонняя; последовательная двухсторонняя; смешанная. Затяжка болтов производилась динамометрическим ключом; определение усилий в болтах производилось при помощи индикаторов, установленных в специальные отверстия, просверленные по оси болта; деформации фланцев измерялись штангенциркулем и микрометром. Искажение геометрической оси конструкций при затяжке болтов регистрировалось при помощи накладного уровня, отвеса, штангенциркуля и натянутой струны. В процессе сборки конструкций с грибовидными фланцами установлено: A. По деформациям фланцев: — для всех соединений, при толщине фланцев от 10 до 28 мм и зазорах между ними по кромкам от 6 до 1 мм соответственно, затягивание болтов с проектным усилием 25 тс приводило к закрытию зазоров по всей высоте соединения или в зоне их установки на части высоты двутавра; — измерения щупом толщиной 0,1 мм показали, что в зоне болтов обеспечивался плотный контакт между фланцами; Б. По усилиям в болтах: — при стягивании фланцев болтами происходило снижение предварительного натяжения в соседних, ранее поставленных болтах. Потери натяжения существенно зависели от толщины фланца, величины грибовидности и, в среднем, составляли 20—30 %, т. е. 5—7 тс. Максимальная величина потерь составила 65 % (16,2 тс) для фланцев толщиной 22 мм при грибовидности 1,5 мм. Наибольшие потери предварительного натяжения при всех толщинах фланцев происходили в болтах, расположенных в зоне поясов; — для толстых фланцев (22—28 мм) при затягивании болтов наблюдалось повышение на 8—15 % усилий в болтах, расположенных с противоположной стороны стенки или полки. B. По общим деформациям соединяемых конструкций: — в процессе затяжки болтов с одной стороны стенки двутавра происходило искажение общей геометрической оси соединяемых конструкций. Отклонение середины конструкций по отношению к опорным участкам составляло от 16 мм при толщине фланцев 22 мм и выше, до 30 мм для фланцев толщиной 10 мм (тангенс угла искажения оси 0,01—0,02). Затяжка болтов с противоположной стороны стенки практически выравнивала соединяемые элементы, причем в случае толстых фланцев (22 мм и более) остаточные искажения были больше и находились в пределах 2—3 мм (тангенс остаточного угла искажения оси 0,001—0,002). Для тонких фланцев остаточные искажения оси при указанном способе расстановки болтов отсутствовали. При последовательной двухсторонней и смешанной затяжке болтов искажения осей балок в горизонтальной плоскости не происходило; — смещения полок соединяемых двутавров относительно друг друга не превосходило допустимой величины, регламентируемой и равной 3 мм. |