Расчет деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения (стр. 1 из 2)
Введение
Одной из важных проблем при производстве сварных конструкций является определение сварочных деформаций и напряжений, влияние которых на характеристики сварных соединений и конструкций в процессе эксплуатации весьма разнообразно. Наличие сварных деформаций и напряжений приводит к отклонениям действительных геометрических форм и размеров от проектных, что, в свою очередь, увеличивает трудоемкость изготовления сварной конструкции, снижает эксплуатационные качества, способствует понижению устойчивости и несущей способности, затрудняет сборку отдельных узлов, а в некоторых случаях делает ее невозможной.
Расчетно-графическая работа заключается в расчете деформаций, возникающих при сварке поясных швов балки двутаврового поперечного сечения. Результатом работы являются значения прогибов балки для различных вариантов последовательности выполнения сварочных операций, и что служит основанием для выбора рациональной последовательности выполнения сварных швов.
1. Задание
Основные размеры свариваемой балки:
L = 7м;
H = 220мм;
B1 = 130мм;
B2 = 150мм;
δ1 = 6мм;
δ2 = 6мм;
δ3 = 5мм.
Материал: 09Г2С.
Способ сварки: Ручная дуговая сварка покрытыми электродами.
Поперечное сечение сварной двутавровой балки представлено на рисунке 1.
2. Выбор конструктивного оформления и размеров сварных соединений
В соответствии с ГОСТ 5264-80 [5] выберем двустороннее тавровое сварное соединение без скоса кромок Т3. Эскиз данного сварного соединения показан на рисунке 2. Минимальный катет данного сварного соединения 6 мм.
Рисунок 2 – Конструктивные элементы:
а) подготовленных кромок свариваемых деталей; б) сварного шва.
3. Выбор ориентировочных режимов сварки
Режимы однодуговой сварки неплавящимся электродом сплава АМГ6М приведены в таблице 1.
Таблица 1 – Режимы сварки под флюсом материала 09Г2С [1, стр. 103]
| Толщина металла, мм | 6 |
| Сила тока, А | 175 |
| Напряжение, В | 20 |
| Скорость сварки, м/ч | 15 |
| Диаметр электрода, мм | 4,0 |
4. Расчет геометрических характеристик сечений
Произведем расчет геометрических характеристик сечений балки. Для проверки правильности расчетов используем средства пакета САПР «КОМПАС».
Определим координату
центра тяжести, величину эксцентриситета 
и момент инерции относительно оси yI1 балки состоящей из элементов 1 и 3. 
Рисунок 3 – Эскиз поперечного сечения балки состоящей из элементов 1 и 3.
Найдем координату центра тяжести фигуры 1:
Координаты центра тяжести балки состоящей из элементов 1 и 3 по отношению к выбранным осям z и y определяются по формуле:
где Si– площадь i-й фигуры; zi – координата ее центра тяжести.
Найдем величину эксцентриситета
: 
Найдем момент инерции I1:
Определим координату
центра тяжести, величину эксцентриситета 
и момент инерции относительно оси yI2 балки состоящей из элементов 2 и 3. 
Рисунок 4 – Эскиз поперечного сечения балки состоящей из элементов 2 и 3.
Найдем координату центра тяжести фигуры 2:
Координаты центра тяжести балки состоящей из элементов 2 и 3 по отношению к выбранным осям z и y определяются по формуле:
где Si– площадь i-й фигуры; zi – координата ее центра тяжести.
Найдем величину эксцентриситета
: 
Найдем момент инерции I2:
Определим координату
центра тяжести и момент инерции относительно оси yIΣ балки состоящей из элементов 1,2 и 3. 
Рисунок 5 - Эскиз поперечного сечения балки состоящей из элементов 1, 2 и 3.
Координаты центра тяжести балки состоящей из элементов 1, 2 и 3 по отношению к выбранным осям z и y определяются по формуле:
Найдем момент инерции IΣ:
5. Расчет усадочной силы, продольного укорочения и прогибов балки
При сварке на проход весьма жесткой сварной конструкции величина усадочной силы в Ньютонах согласно [2] вычисляется по формуле:
где q - эффективная мощность (в ваттах);
- скорость сварки, мм/с; B – экспериментально определяемый коэффициент.Эффективная тепловая мощность сварочного источника теплоты, т. е. количество теплоты, вводимой при сварке источником в деталь в единицу времени, если известны параметры режима электродуговой сварки, определяется по формуле
где I – сварочныйток; U–напряжениена дуге; η – эффективный к.п.д. процесса нагрева. Эффективный к.п.д. зависит от способа сварки и может быть взят по данным справочника [3]:
Найдем эффективную тепловую мощность сварочного источника теплоты: 
Экспериментально определяемый коэффициент B для конструкционных сталей вычисляется в зависимости от погонной энергии и толщины листов S в миллиметрах (средней толщины при сварке пластин разной толщины), следующим образом:
здесь s - толщина свариваемых пластин (средняя толщина при сварке пластин разной толщины).
Определим продольное укорочение и прогиб балки для случая, когда вначале приваривается полка 1, затем полка 2.
Найдем значение эксцентриситета для данного случая:
Найдем значение изгибающего момента:
Найдем значение прогиба балки после сварки элементов 1 и 3:
Значение прогиба вычисляется по формуле: