Николаев - Сварные конструкции

Г. А. НИКОЛАЕВ, С, А. КУРКИН, В. А. ВИНОКУРОВ

СВАРНЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПРОЧНОСТЬ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ И ДЕФОРМАЦИИ КОНСТРУКЦИЙ

Министерством высшего и среднего специального образования СССР в качестве учебного пособия для студентов вузов, обучающихся по специальности «Оборудование и технология сварочного производства»

МОСКВА «ВЫСШАЯ ШКОЛА» 1982

Николаев Г. А., Куркин С. А., Винокуров В. А.

Сварные конструкции. Прочность сварных соединений и деформации конструкций: Учеб. пособие. — М.: Высш. школа, 1982. — 272 с, ил.

Учебное пособие выходит в двух книгах.

В первой книге рассмотрены вопросы прочности и пластичности сварных соединений в условиях низких и высоких температур, при статических и переменных нагрузках, методы расчета их на прочность, а также деформации конструкций от сварки.

Вторая книга посвящена рассмотрению конструктивных особенностей различных типов сварных изделий, их расчетам, проектированию и изготовлению.

Предназначается для студентов сварочных специальностей вузов.

© Издательство «Высшая школа», 1982

ПРЕДИСЛОВИЕ

Создание сварной конструкции, полностью отвечающей своему служебному назначению, экономичной при изготовлении и надежной в эксплуатации, представляет собой комплексную задачу, которая включает проектирование, исследование прочности, расчет, рациональное построение технологии изготовления с применением средств механизации и автоматизации.

За последние годы в СССР достигнуты выдающиеся успехи в проектировании, изготовлении и исследовании прочности сварных конструкций.

Цикл дисциплин «Расчет и проектирование сварных конструкций», «Технология производства сварных конструкций», «Специальные главы прочности сварных конструкций», «Остаточные напряжения и деформации при сварке», «Механизация и автоматизация сварочного производства» дает студентам-сварщикам сведения, необходимые для успешного решения задачи по созданию полноценной сварной конструкции.

В последние годы в связи с увеличением потока научной информации стало особенно ясно, что именно на пути тесной увязки дисциплин, образующих цикл, удается избежать дублирования излагаемого в лекциях материала, обеспечить преемственность курсов, сэкономить время для введения в программы новых тем, которые раньше не рассматривались. Настоящее учебное пособие представляет собой систематическое изложение вопросов, входящих в учебные программы указанных выше дисциплин, читаемых студентам сварочной специальности в МВТУ им. Н. Э. Баумана.

Одновременно содержание книги охватывает аналогичные по названию программы учебных планов специальностей 0504 «Оборудование и технология сварочного производства» и 0411 «Металлургия и технология сварочного производства» с 5-летними сроками обучения.

Учебное пособие состоит из двух частей. В первой части рассмотрены вопросы прочности и пластичности сварных соединений при статических и переменных нагрузках в условиях низких и высоких температур, методы расчета их на прочность, а также деформации конструкций от сварки. Во второй части рассмотрены конструктивные особенности различных типов сварных изделий, вопросы технологии их изготовления, расчета и проектирования, а также автоматизации производства и применения ЭВМ в расчетах и проектировании конструкций.

Книга может быть также использована лицами других специальностей при изучении вопросов прочности, расчета, проектирования и производства сварных конструкций различного назначения.

Главы 1, 2 (кроме § 11), 4, 18—22 написаны Г. А. Николаевым, главы 12— 17 — С. А. Куркиным, главы, 3, 5— 11, § 11 главы 2и § 1 главы 23—В. А. Винокуровым. Глава 23 по просьбе авторов написана Э. А. Гладковым (кроме § 1).

ГЛАВА 1

СВЕДЕНИЯ О КОНСТРУКЦИОППЫХ МАТЕРИАЛАХ

§ 1. Стали

Сталь — материал, наиболее широко применяемый в инженерных сооружениях. Углеродистые стали подразделяют на низкоуглеродистые (С = 0,09 - 0,25 %); среднеуглеродистые (С = 0,25 - 0,46 %) и высокоуглеродистые (С = 0,46 - 0,75 %). Низкоуглеродистые стали чаще применяют в строительных конструкциях, среднеуглеродистые — в машиностроительных, высокоуглеродистые — в инструментальном производстве.

Углеродистые стали обыкновенного качества согласно ГОСТ 380—71 разделяются на три группы:

группа А — сталь поставляется по механическим свойствам;

группа Б — сталь поставляется по химическим свойствам;

группа В — сталь поставляется по механическим и химическим свойствам. Стали этой группы более дорогие и применяются для ответственных конструкций.

Нормированный химический состав углеродистых сталей обыкновенного качества приведен в табл. 1.1.

В сталях содержатся добавки кремния и марганца, а также вредные примеси — сера и фосфор. Содержание серы и фосфора и стали ограничивают.

Сталь получают главным образом из смеси чугуна, выплавляемого в доменных печах, со стальным ломом. Сталь плавят в конверторах, мартеновских печах и электропечах. Хорошее качество конверторной стали обеспечивается продувкой кислородом. Наивысшие сорта сталей получают их переплавом: электрошлаковым, вакуумным дуговым, электроннолучевым, плазменно-дуговым.

Плавка стали без достаточного количества раскислителей сопровождается выделением газов. Такая сталь называется кипящей (буквы «кп» в марке стали). Стали, раскисленные добавлением кремния и алюминия, остывают в изложницах без интенсивного выделения газов. Они называются спокойными (буквы «сп» в марке).

Промежуточные стали — полуспокойные — обозначаются буквами «ПС». Спокойные и полуспокойные стали по механическим свойствам, как правило, различаются между собой незначительно. Спокойные стали обладают более стабильными свойствами, кипящие — менее однородны, более склонны к хрупким разрушениям.

Производство спокойных сталей дороже, их обычно применяют в ответственных конструкциях.

Нормированные показатели механических свойств углеродистых сталей обыкновенного качества приведены в табл. 1.2. Диаграмма деформации низкоуглеродистых сталей (рис. 1.1) имеет горизонтальный участок, который определяет значение предела текучести σ_т. Эта площадка текучести варьирует в пределах 0,2—2,5 %. Если на диаграмме деформации стали нет горизонтального участка, σ_т определяется условно значением напряжения, при котором остаточные деформации после снятия нагрузки составляют 0,2 %.

Деформации распределяются по длине образца неравномерно. Они концентрируются на некотором участке, где возникают наибольшие сокращения площади поперечного сечения, называемые «шейкой». Этим объясняются различные требования к относительному удлинению 6 при разрыве длинных и коротких образцов.