Основным технологическим приемом предупреждения общих сварочных деформаций является выбор последовательности сбор­ни и сварки конструкции. Технолог, владея расчетным методом определения сварочных деформаций, может рассмотреть несколь­ко технологически возможных вариантов и выбрать наиболее оп­тимальный, обеспечивающий требуемую точность размеров конст­рукции при минимальной трудоемкости*

Рассмотрим различные технологические варианты изготов­ления несимметричной двутавровой балки, показанной на рис.8.2. Пусть балка из стали СтЗ сваривается постоянным катетом б мм при погонной энергии tyn= 10900 Дв/см. В табл.8.1 показан характер остаточных деформаций изгиба і и продольного укорочения fiL при различных вариантах сборки и сварки. В варианте I вся балка предварительно собирается на прихват­ках, а затем последовательно выполняются швы I и 2. В ва­риантах 2 и 3 сперва собираются на прихватках одна из полок и стенка, выполняется первый шов и только затем приваривает­ся к стенке вторая полка. Из таблицы видно, что наихудшим оказался вариант 2, при вариантах I и 3 величины стрелки прогиба сопоставимы, а продольные деформации балок близки друг к другу.

Если полка балки составная, то ее следует сваривать вначале и только затем собирать балку и выполнять продоль­ные швы. Обратный порядок приведет к дополнительным деформа­циям изгиба балки за счет поперечного укорочения полки от поперечных швов.

Как уже отмечалось в предыдущем параграфе, из общих

остаточных деформаций наибольшими являются деформации изгиба. Эффективный способ их уменьшения или полного исключения метод предварительного обратного изгиба. Идея метода заклю­чается в том, что свариваемое изделие перед сваркой долино иметь некоторую начальную кривизну, противоположную по знаку кривизне, вызываемой сваркой. Начальная кривизна может быть получена путем вырезки криволинейных деталей или принудитель­ного изгиба изделия перед сваркой. Вырезка криволинейных деталей оправдана, когда изготовляется криволинейная балка. Для получения прямолинейных. балок целесообразно применять ее изгиб перед сваркой. На рис,8.3 на примере тавровой балки по­казаны различные схемы обратного изгиба.

При раздельном обратном изгибе задается обратный изгиб всех деталей на величину $раэ (рис,8,3,э.) и балка собирает­ся на прихватках в технологической оснастке (рис.8.3,6), по­сле чего можно выполнять сварку как в оснастке, так и в сво­бодном состоянии (рис.8,3,д). В последнем случае перед свар­кой балка несколько выпрямляется до величины $0ВР. Если ве­личина 5'0бР равна прогибу балки от свафки в этих условиях

fte, ^оер="^св 10 после сварки балка будет прямой

(рис.8.3,е).

Такого же эффекта можно добиться, создав перед сборкой деформации удлинения стенки за счет предварительного растя­жения стенки силой N (рис.8.3,в) или предварительного на­грева стенки до температуры Tt, выше температуры полки Тп (рис.8.3,г). После сборки на прихватках и снятии внешней на­грузки N или остывании стенки до температуры Тп балка изо­гнется на необходимую величину $06Р (рис.8.3,д).

Следует отметить, что метод предварительного обратного изгиба позволяет избежать только остаточных деформаций изги­ба, остальные виды деформаций сохраняются, а остаточные на­пряжения в зоне пластических деформаций могут достигать пре­дела текучести.

Для уменьшения остаточных деформаций и напряжений ис­пользуется также метод предварительного растяжения. Как из­вестно (ем. рубрику 4.4.2), растяжение сварного соединения при сварке вплоть до его остывания приводит к уменьшению объема продольного укорочения и, следовательно, к уменьшению остаточных деформаций. Если шов достаточно удален от центра тяжести сечения, то энергетически выгодно местное растяжение

получать изгибом. Так, тавровую балку можно собрать и я вы­прямленных деталей не прихватках и затем изогнуть ее в ос­настке так, чтобы свариваемые кромки были растянуты до на­чальных напряжений Ьн (рис.8.3,6). Остаточные деформации при такой технологии уменьшаются пропорционально коэффици­енту, уменьшаются также остаточные напряжения во всем соединении, включая зону пластических деформаций. Для полно­го снятия напряжений необходимо выполнить условие 6H=6S,

что требует для реальных конструкций сложных нагружающих устройств. По этой причине метод предварительного растяжения на производстве применяется редко.

Рассмотренный пример о влиянии начального напряженного состояния на остаточные сварочные деформации и напряжения позволяет также сделать вывод о влиянии точности заготовок, постоянстве зазоров в стыках и т. п. Действительно, всякая случайная принудительная подгонка при сборке вызывает в де­талях начальные напряжения, в результате чего нарушаются ста­бильность размеров и формы изделия. Борьба с такими дефор­мациями чрезвычайно затруднена вследствие их случайного ха­рактера. Поэтому все конструктивные и технологические методы предотвращения сварочных деформаций эффективны только в слу­чае отсутствия нарушений нормальной технологии сборки.

Б ряде случаев для уменьшения деформаций свариваемое изделие прикрепляют к жесткой технологической оснастке с по­мощью прихваток и прижимов. Проанализируем, насколько эффек­тивно увеличение жесткости изделия до жесткости системы из­делие - оснастка.

В § 4.3 указывалось, что при докритичееких режимах объем продольного укорочения чгЛ практически не зависит otf жесткости всей конструкции. Следовательно, общие остаточные деформации свариваемого изделия после освобождения от закреп­лений будут мало отличаться от деформаций изделия, сварка которого выполнялась в свободном состоянии. Закрепление мо­жет дать положительный эффект, когда конструкция (например, плоскостная секция судна) имеет большое количество попереч­ных и продольных швов. По мере выполнения швов полотнище секции испытывает растяжение и последующие швы выполняются на растянутом металле, что, как указывалось в рубрике 4.4.2, приводит к снижению объемов укорочения.

При закритических режимах, когда коэффициент продоль-

ного укорочения fa и, следовательно, объем продольного укорочения vx уменьшается с увеличением qn/F (см. - 4.3), жесткое закрепление повышает деформации свариваемых изделий.

Эффект крепления изделия к технологической оснастке мо­нет быть положительным за счет повышенного теплоотвода от из­делия в массивную оснастку при условии его плотного прижатия на всем протяжении швов. Интенсивный теплоотвод во время сварки может быть получен также за счет обдува воздухом или полива водой. Искусственное охлаждение приводит к уменьшению объемов продольного и поперечного укорочения, И, и, следовательно, к уменьшению общих сварочных деформаций. Од­нако односторонний теплоотвод (чаще с обратной поверхности свариваемого изделия) может привести к более неравномерному распределению температуры по толщине, что в свою очередь увеличит угловые деформации (см. § 6.2).

Бее сказанное свидетельствует о том, что не монет быть универсальных однозначных рекомендаций по предотвращению сварочных деформаций различных видов. В каждом случае на ба­зе теории сварочных деформаций следует критически анализи­ровать возможность применения различных методов уменьшения сварочных деформаций и применять оптимальный для данной конкретной конструкции. В частности, наиболее действенным методом повышения точности изготовления секции является ком­пенсация ее общих сварочных деформаций соответствующим изме­нением начальных размеров и созданием обратного выгиба при сварке. С этой целью корректируют размеры деталей, направ­ляющих на сборку, а также форму постели, на которой произ­водят сборку и сварку секций. Указанную корректировку выпол­няют на основании результатов расчета общих сварочных дефор­маций секции. Зная величину ожидаемых деформаций, нетрудно установить, лежат ли отклонения размеров и формы секций в пределах заданных допусков. Если даже оптимальный вариант последовательности сборки и сварки секций не обеспечивает требуемой точности, то необходимо предусмотреть специальные мероприятия по уменьшению или компенсации возникающих дефор­маций. Если в состав секции входит продольный и поперечный наборы, то рекомендуется сначала ставить и приваривать авто­матом балки того направления, протяженность швов которого больше (т. е. балки главного направления). Затем между прива­ренными балками одного направления вставляют элементы набора

противоположного направления, приварку которых ведут уже по­луавтоматами или вручную. Такая последовательность обеспечи­вает минимальные деформации изгиба в направлении, перпенди­кулярном к набору главного направления. Действительно, попе­речное укорочение сварных соединений балок главного направ­ления с полотнищем вызывает в этом случае укорочение секциив но не изгиб, так как секция на этом этапе еще не имеет жест­кости в направлении, перпендикулярном к указанным соедине­ниям. Описанный'метод получил название раздельного метода сборки и сварки секций.

Наименьшие деформации корпуса можно получить в том слу­чае, если при сварке будет обеспечено одновременное укороче­ние как нижних, так и верхних поясов эквивалентного бруса. Для этого формирование корпуса следует сначала продвигать не в длину - к оконечности, а вверх - к палубе. В связи с этик применяют пирамидальную схему формирования корпуса, при ко­торой сначала собирают и сваривают возможно большее число

секций, образующих сечение корпуса в данном районе, либо

блоками с совмещенными стыками, когда сначала собирают в сваривают все секции, образующие сечение корпуса в данной районе (отсеке), а потом, после окончания сварки в пределах каждого из смежных отсеков, сваривают монтажный стык между ними.

Из вышеизложенного можно сделать ряд заключений, отно­сящихся к способу формирования корпуса из секций:

- желательно иметь минимум швов, выполняемых при монта­же и влияющих на прогиб формирующегося корпуса|

- выгоднее вести сварку таким образом, чтобы сваривае­мые монтажные швы располагались по возможности блике к цент­ральным осям сечения корпуса или симметрично относительно этих осей. Например, сварку платформ и переборок с бортами и сварку других участков швов посередине высоты корпуса целе­сообразнее производить после установки и сварки днища и па­лубы;

- сварку монтажных кольцевых стыков между блоками реко­мендуется выполнять одновременно несколькими сварщиками по участкам симметрично относительно диаметральной плоскости и центральной горизонтальной оси. При этом устраняются пере­косы и расхождения еще незаверенных участков стыков и умень­шаются деформации изгиба корпуса.

Для предотвращения местных деформаций (угловых деформа­ций и потери устойчивостиJ применяются те же приемы, что и для борьбы с общими деформациями: обратный изгиб и закрепле­ние.

При односторонней сварке стыкового соединения закрепле­ние следует располагать как можно ближе ко шву, чтобы увели­чить пластические деформации удлинения при охлаждении и тем самым уменьшить угловые

деформации» Так, если без закрепления свариваемые листы получшш волнистость (рис.8.4,а), то при за­креплении (поджатие к ос­нованию силой Р ) на рас­стоянии от шва угло­вые деформации уменьшатся.

(рис.8.4,6).

Если, то после

снятия нагрузки Р угле­вые деформации несколь­ко увеличатся вследствие упругих деформаций, но останутся меньше. Прикладывать силу Р на расстоянии Ц беспо­лезно, угловые деформации не уменьшатся; их можно уменьшить, если стыкуемые листы жестко связать между собой с помощью технологических ребер жесткости, которые после сварки удаля­ются.

Более простой и эффективный метод предотвращения угло­вых деформаций стыкового соединения - обратный изгиб (рис.8.4,в). Предварительный изгиб листов должен быть таким, чтобы после сварки угловые деформации отсутствовали.

Метод обратного изгиба можно использовать для уменьше­ния грибовидности тавровых соединений.