Урок «Напряжения и деформации в сварных швах»
методическая разработка по теме

    МЕТОДИЧЕСКАЯ

РАЗРАБОТКА

ОТКРЫТОГО УРОКА

по теме

«Напряжения и деформации

 в сварных швах»

Разработала:

Козлова Т.В.

Энгельс

2011- 2012 уч.г.

ПЛАН УРОКА

ТЕМА: «НАПРЯЖЕНИЯ И ДЕФОРМАЦИИ В СВАРНЫХ ШВАХ»

ХОД УРОКА

I. ОРГАНИЗАЦИОННЫЙ ЭТАП – 2 мин.

Проверка готовности студентов к уроку

II. ОБОБЩЕНИЕ И СИСТЕМАТИЗАЦИЯ РАНЕЕ ПОЛУЧЕННЫХ ЗНАНИЙ – 27 мин.

2.1. Сообщение темы и целей урока        

2.2. Вступительное слово преподавателя

- Представление творческих групп

2.3. Первая страница устного журнала «ТМиС» «Сварные соединения и швы»

- Выступление участника раздела «Открытая трибуна»:

Презентация исследовательской работы по теме «Сварные соединения и швы»

2.4. Обобщение материала по первой странице журнала

- Экспресс-опрос

- Просмотр видеоролика

- Заполнение опорного конспекта

2.5. Вторая страница устного журнала «ТМиС» «Напряжения и деформации при сварке»

- Информация преподавателя

- Выступления участников раздела «Открытая трибуна»:

Презентация исследовательской работы по теме «Сварочные напряжения, понятие и виды»

Презентация исследовательской работы по теме «Сварочные деформации, понятие и виды»

Презентация исследовательской работы по теме «Сварочное оборудование»

- Заполнение опорного конспекта

2.6. Обобщение материала по второй странице журнала

- Просмотр видеоролика

- Ответ на вопрос «Какие остаточные деформации, возникают в сварных конструкциях, изображенных на экране?»

2.7. Третья страница устного журнала «ТМиС» «Способы предупреждения и уменьшения сварочных напряжений и деформаций»  

- Проведение «Часа общения», беседа преподавателя со студентами по актуальным вопросам

- Заполнение опорного конспекта

- Просмотр видеоролика

2.8. Ролевая игра «Слет специалистов»

- Представление участников

- Полемика участников по теме «Мероприятия для уменьшения остаточных напряжений и деформаций»

III. ЗАКРЕПЛЕНИЕ МАТЕРИАЛА – 12 мин.

3.1. Четвертая страница устного журнала «ТМиС» «Расчет на прочность сварных швов»

- Выступление участника раздела «Открытая трибуна»:

Презентация исследовательской работы по теме «Прочность сварных соединений и конструкций»

- Заполнение опорного конспекта

- Ролевая игра «Практикум по технической механике»

- Постановка задач

3.2. Работа групп с практическими заданиями

3.3. Подведение итогов практикума

IV. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ УРОКА – 3 мин.

4.1. Анализ урока.

4.2. Объявление оценок за урок.

V. ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ – 1 мин. 

5.1. На основе опорного конспекта составить более полный конспект по теме «Напряжения и деформации в сварных швах»

5.2. Составить тестовое задание, программируемое задание, кроссворд или тест-сопоставление по теме «Напряжения и деформации в сварных швах»

Тема урока: «Напряжения и деформации в сварных швах»

1. Организационный этап – 2 мин.

Преподаватель: Здравствуйте ребята, садитесь.

Тема нашего урока - «Напряжения и деформации в сварных швах».  

Цели нашего урока, вспомнить типы сварных соединений и швов, виды сварочных напряжений и деформаций, рассмотреть способы предупреждения и уменьшения сварочных напряжений и деформаций и научиться рассчитывать на прочность сварные швы.

 Урок у нас будет необычный, в виде устного журнала «ТМиС» - «Техническая механика и сварка» с элементами ролевой игры, поэтому вы будете работать по группам «Напряжение» и «Деформация». У каждого из вас на столе находится лист с заготовкой опорного конспекта, на экране – его увеличенная копия. При помощи страничек устного журнала мы с вами будем заполнять его.  

Сегодня на уроке мы пролистаем такие страницы журнала «ТМиС»:

1) Сварные соединения и швы;

2) Напряжения и деформации при сварке;

3) Способы предупреждения и уменьшения сварочных напряжений и деформаций;

4) Расчет на прочность сварных швов.

2. Обобщение  материала и контроль знаний – 27 мин.

Преподаватель: Открываем первую страницу нашего устного журнала «Сварные соединения и швы».

Каждый из вас будет сваривать различные сварные конструкции и без знаний видов сварных соединений и типов сварных швов вы не сможете сварить правильно конструкцию, ведь от качества выполнения соединения деталей зависит качество и надежность готовых изделий.  

В нашем устном журнале есть раздел «Открытая трибуна». Вы заранее получили опережающие задания в виде исследовательских работ и сегодня тезисы этих работ мы послушаем. Во время прослушивания работ вы должны заполнить рейтинговые листы каждого докладчика дав оценку работе, в конце урока я подведу итоги. Приглашается первый участник открытой трибуны.

Студент: Тема моей исследовательской работы «Сварные соединения и швы».

Сварной шов – это закристаллизовавшийся металл, который в процессе сварки находится в расплавленном состоянии. Сварное соединение – ограниченный участок конструкции, содержащий один или несколько сварных швов.

В зависимости от формы сечения сварные швы могут быть стыковыми, угловыми, прорезными.

Сварные швы классифицируют по следующим признакам:

-  по назначению — прочные (обеспечивают передачу нагрузки с одного элемента на другой); прочно-плотные (обеспечивают передачу нагрузки герметичность соединения — непроницаемость для жидкостей и газов);

-  по расположению сварного шва в пространстве — нижнее; вертикальное, горизонтальное; потолочное. При всех прочих равных условиях нижний шов самый прочный,  потолочный — наименее прочный.

В зависимости от характера сопряжения свариваемых деталей различают следующие виды сварных соединений стыковые соединения, угловые соединения, тавровые соединения, нахлесточные соединения, торцовые соединения.

Стыковым соединением называется сварное соединение двух элементов, примыкающих друг к другу торцевыми поверхностями и размещенных на одной поверхности или в одной плоскости. Угловым соединением называется сварное соединение двух элементов, размещенных под углом и сваренных в месте примыкания их краев. Тавровым соединением называется такое сварное соединение, в котором торец одного элемента примыкает под углом и присоединен к боковой поверхности другого элемента. Нахлесточным соединением называется сварное соединение параллельно размещенных и частично перекрывающихся элементов. Торцовым соединением называется такое сварное соединение, в котором боковые поверхности элементов примыкают друг к другу.

По своей прочности нахлесточные соединения уступают стыковым. Их применяют, когда по конструктивным соображениям стыковые швы применить невозможно. Соединения с накладками применяют, когда сварные швы не обеспечивают необходимой равнопрочности. В конструкциях, подверженных действию вибрационных и знакопеременных нагрузок, нахлесточные соединения и соединения с накладками применять не рекомендуется (создается значительная концентрация напряжений).

На качественные показатели сварных соединений накладывает отпечаток множество факторов, к которым относятся свариваемость металлов, их чувствительность к термическим воздействиям, окисляемость и т.д. Поэтому для соответствия сварных соединений тем или иным эксплуатационным условиям следует эти критерии учитывать.

Преподаватель: Спасибо. Обратите внимание на то, что согласно Единой системе конструкторской документации изображения и обозначения швов сварных соединений на чертежах изделий должны соответствовать ГОСТ 2.312-72 и независимо от вида сварки видимый шов сварного соединений условно изображают сплошной линией, а невидимый – штриховой.

Давайте теперь попробуем ответить на видеовопросы.

1) Какие сварные швы вы видите на экране? (Ответ: на данном изображении угловой и стыковой швы)

2) В каких соединениях используют угловой сварной шов? (Ответ: угловой шов – это сварной шов углового, таврового и нахлесточного соединения)

3) Что обозначает вспомогательный знак Z для условного обозначения сварных швов? (Ответ: данный знак обозначает шов прерывистый или точечный с шахматным расположением)

4) Перечислите основные параметры сварных швов? (Ответ: основными параметрами по ГОСТ 5264-80 стыкового шва являются ширина шва – е, выпуклость шва – q, глубина проплавления (провар) – Н; углового шва – величина катета - К)

5) Как можно устранить следующий дефект и в чем причина его возникновения в корне сварного шва? (Ответ: данный дефект является подрезом. Подрезы представляют собой углубления, образующиеся в основном металле вдоль края шва при завышенном сварочном токе и длинной дуге, они могут явиться причиной разрушения сварного соединения. Подрезы устраняются наплавкой тонких швов электродами малых диаметров)

Преподаватель: У нас в гостях выпускник нашего техникума Шутров Иван, он работает на предприятии «Трансмаш» сварщиком и сейчас Ваня расскажет как он устранял один из дефектов, образовавшийся при сварке.

Преподаватель: Заполните опорный конспект в соответствующей ячейке.

Преподаватель: Переворачиваем первую страничку «Сварные соединения и швы» устного журнала «ТмиС» и переходим ко второй страничке нашего журнала «Напряжения и деформации при сварке».  

Мы с вами знаем, что любое силовое воздействие на тело сопровождается возникновением в нем напряжений и развитием деформаций.

Что называют напряжением и деформацией?

Студент: Напряжением называют силу, отнесенную к единице площади сечения тела.

Студент: Деформацией называют изменение размеров или формы тела под действием приложенных сил.

Преподаватель: Приглашается следующий участник «Открытой трибуны», заполните рейтинговый лист.  

Студент: Я хочу предоставить вашему вниманию исследовательскую работу по теме «Сварочные напряжения, понятие и виды».  

Сварочные напряжения, возникающие в процессе нагрева и остающиеся после охлаждения, не связаны с какими-либо внешними силовыми воздействиями на конструкцию. Они являются внутренними и могут быть названы «собственными». Собственные напряжения появляются не только при сварке, но и при многих других процессах обработки металла (прокатке, ковке, штамповке, литье).

Впервые проблема внутренних напряжений была поставлена в 1887 г. русским металлургом Н. В. Калакуцким, который отмечал, что «... величина и характер внутренних напряжений находятся в прямой зависимости от условий обработки». Исследования сварочных напряжений производили В. П. Вологдин, Н. О. Окерблом и его сотрудники в Ленинградском политехническом институте, Г. А. Николаев в Московском высшем техническом училище им. Баумана, Н. Н. Рыкалин.

Установить внутренние напряжения осмотром конструкции невозможно. При изучении напряжений, возникающих при сварке, приходится учитывать резкое колебание температур, изменение механических характеристик и даже физических состояний металла от нагрева. В результате местного нагрева металла, обусловленного воздействием концентрированного источника теплоты, в сварной конструкции возникают временные и остаточные сварочные напряжения. Временные сварочные напряжения наблюдаются только в определенный момент сварки в процессе изменения температуры. Напряжения, существующие после окончания сварки конструкции и полного ее остывания, называют остаточными сварочными напряжениями. Они возникают в результате затруднений расширения и сжатия металла при его нагреве и остывании.

Различают сварочные напряжения трех родов. В сварных конструкциях из низкоуглеродистых и низколегированных сталей в основном развиваются сварочные напряжения первого рода. Они действуют и уравновешиваются в значительных, соизмеримых с размерами конструкции или отдельных ее деталей, объемах. При определенных условиях возможно возникновение сварочных напряжений второго и третьего родов — действующих и уравновешивающихся в пределах отдельных зерен металла.

В зависимости от пространственного расположения и взаимодействия различают сварочные напряжения одноосные, действующие только по одной оси в одном направлении, двухосные, действующие в двух направлениях, и трехосные, действующие в трех направлениях.

Технологию сварки и сборки конструкции следует разрабатывать с учетом обеспечения минимальной величины сварочных напряжений, и там, где это диктуется условиями работы конструкции, предусматривать снятие этих напряжений. При этом следует учитывать, что снятие сварочных напряжений — весьма трудоемкая и сложная операция.

Преподаватель: Послушаем следующего участника «Открытой трибуны», заполните рейтинговый лист.

Студент: Тема моей исследовательской работы «Сварочные деформации, понятие и виды».

Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием внешней или внутренней силы. Сварка вызывает появление остаточных деформаций, которые могут быть или местными, локализующимися на ограниченном участке конструкции, или общими, приводящими к изменению габаритов и формы всего изделия.

Деформации могут быть временные и остаточные, местные и общие, в плоскости и вне плоскости сварного соединения.

Временными называют деформации, которые образуются в определенный момент времени при нагреве или охлаждении и после сварки исчезают. Деформации, возникающие в изделии к моменту полного охлаждения металла до окружающей температуры, называются остаточными (конечными).

Местные деформации относятся к отдельным элементам изделия и выражаются в виде выпучины, хлопуна, волнистости или других искажений в плоскости изделия. Деформации, при которых изменяются размеры всего изделия, искривляются геометрические оси, называются общими деформациями.

Важное значение для практики имеют остаточные сварочные деформации. В зависимости от характера, формы и размеров свариваемых деталей различают деформацию в плоскости и деформацию из плоскости соединяемых элементов. Деформация в плоскости проявляется в уменьшении размеров конструкции, с чем необходимо считаться при заготовке деталей и сборке под сварку, предусматривая припуск на изменение размеров.

Величина и характер остаточных деформаций в значительной степени определяются толщиной и свойствами основного металла, режимом сварки, последовательностью наложения швов, конструктивными формами свариваемых деталей и формой шва. При увеличении толщины свариваемого металла деформации снижаются, что связано с большей жесткостью конструкции.

Изменение размеров и формы сварной конструкции в некоторых случаях снижает ее работоспособность и портит ее внешний вид. Если остаточные деформации достигают заметной величины они могут привести к неисправимому браку. При разработке, технологии сборки и сварки конструкции следует учитывать необходимость снижения остаточных деформаций до величины, при которой они не отражаются на работоспособности и внешнем виде конструкции и не затрудняют сборку отдельных элементов. Если величина остаточных деформаций выходит за допускаемые пределы, следует проводить правку конструкции. Правка конструкции является весьма трудоемкой операцией, требует высокой квалификации рабочих, и ее так же, как и снятие сварочных напряжений, следует проводить только в случае действительной необходимости.

Преподаватель: Давайте вспомним с вами какое сварочное оборудование вы используете для образования сварных швов. 

Послушаем следующего участника «Открытой трибуны», заполните рейтинговый лист.

Студент: Тема моей исследовательской работы «Сварочное оборудование».

Сварочное оборудование следует выбирать, строго учитывая особенности производства, чтобы производительность аппарата соответствовала длительности всего рабочего цикла.

Наиболее широкое применение в качестве источника питания является сварочный трансформатор. Трансформаторы выпускаются в переносном исполнении и предназначены для ремонтных и монтажных работ, трансформаторы снабжены устройством снижения напряжения холостого хода, которое предназначено для повышения электробезопасности при сварочных работах во время обрыва дуги, в состав так же входит возбудитель-стабилизатор горения дуги, позволяющий сваривать сталь электродами с основным покрытием неответственные соединения алюминиевых сплавов.

Сварочные выпрямители имеют как правило 3х-фазное питание, выполняются как на диодах, так и на тиристорах. В выпрямителях большой мощности диодное выпрямление во вторичном контуре сочетается с тиристорным регулированием по первичной стороне. В зависимости от числа сварочных постов, которые могут быть одновременно подключены к источнику, выпрямители подразделяются на однопостовые и многопостовые.

Отличительной особенностью сварочных генераторов является наличие в них вращающегося якоря, приводимого в движение внешним приводом. Принцип действия сварочного генератора аналогичен работе любого генератора постоянного тока. Сварочные установки на основе генераторов с приводом от электродвигателя называются сварочными преобразователями, с приводом от двигателя внутреннего сгорания (бензинового или дизельного) - сварочными агрегатами. За счёт взаимодействия магнитных потоков в якоре и статоре генератора происходит формирование сварочного тока.

В сварочном производстве часто используется реостат балластный для регулировки тока. Регулировка сварочного тока обеспечивается согласно закону Ома: реостат изменяет сопротивление в цепи, сила тока изменяется обратно пропорционально. Производится такое изменение путем механического перемещения шунта. Несложная конструкция обеспечивает гибкую смену сварочных режимов в максимально короткие сроки, что существенно упрощает эксплуатацию сварочного оборудования.

Полуавтоматы для сварки представляют собой аппараты, в которых подача тока осуществляется автоматически по проволоке. От источника питания исходит постоянное напряжение, а колебания величины тока возможны в очень большом диапазоне. Вместо электрода применяется проволока со сплошным сечением. Ее подачу осуществляет специальный элемент, по которому обычно определяется класс сварочного аппарата в целом. Для отечественных аппаратов характерно использование проволоки, имеющей большое сечение, а также невысокая скорость ее подачи.

Применение подвесных и самоходных автоматов рельсового типа неизбежно связано с разработкой и изготовлением специальных сварочных установок. Эти установки в большинстве случаев отличаются сложностью и громоздкостью, они дороги, трудоемки в изготовлении и занимают много производственной площади. Лучше если автомат во время сварки будет двигаться непосредственно по изделию, а его ходовые бегунки будут выполнять роль направляющего (копирующего) механизма. Такой сварочный автомат должен быть легким и иметь небольшие размеры для удобства переноса с места на место и выполнения сварки в труднодоступных местах.

Преподаватель: Заполните опорный конспект в соответствующих ячейках.

Вопрос: Посмотрите на экран и ответьте на вопрос какие остаточные деформации возникают в соединениях?

Студент: Под буквой А – остаточные деформации изгиба сварных тавровых балок, под буквой Б – остаточные деформации изгиба листов, под буквой В – остаточные деформации скручивания сварных двутавровых балок.

Преподаватель: Совершенно верно. Переворачиваем вторую страничку «Напряжения и деформации при сварке» устного журнала «ТМиС» и переходим к третьей страничке нашего журнала «Способы предупреждения и уменьшения сварочных напряжений и деформаций», а проведем мы её в виде «Часа общения»

Как вы считаете, на что влияют сварочные деформации и сварочные напряжения?

Студент: Сварочные деформации вследствие изменения размеров и формы конструкций существенно затрудняют их сборку, ухудшают внешний вид и эксплуатационные качества.

Студент: Сварочные напряжения снижают сопротивляемость сварных конструкций разрушению, особенно при воздействии циклических нагрузок и агрессивных сред.

Преподаватель: Правильно. Поэтому применяют различные способы уменьшения или устранения сварочных деформаций и напряжений. Мероприятия по уменьшению деформаций и напряжений могут осуществляться на разных стадиях изготовления конструкции: до сварки – на стадии проектирования конструкции и технологии производства, во время и после сварки. Мероприятия, применяемые преимущественно для снятия сварочных напряжений, влияют на деформации и, наоборот, мероприятия, применяемые преимущественно для уменьшения деформаций, влияют на величину напряжений. Давайте остановимся на них. На какие виды делят способы уменьшения остаточных сварочных напряжений?

Студент: Способы уменьшения остаточных напряжений делят на термические, механические и термомеханические.

Преподаватель: Совершенно верно. Наиболее эффективно снятие остаточных напряжений способами, осуществляемые после сварки. Вы согласны?

Студент:  Да, я согласен, так как я знаю, что процессом отпуска конструкции снижается напряжение на 85-90% от исходных значений и одновременно улучшается пластические свойства сварных соединений.

Преподаватель: Как его проводят?

Студент: Общий высокий отпуск состоит из нагрева, выдержки в течение 2-4 часов и медленного охлаждения, а при местном отпуске нагревают до заданной температуры лишь часть конструкции.

Преподаватель: Также к термическому способу относят подогрев во время сварки, который снижает предел текучести металла в момент сварки, что и влияет на формирование и величину остаточных напряжений, но подогрев снижает напряжение на 30-40%. А на чем основаны механические способы уменьшения остаточных сварочных напряжений?

Студент: Механические способы основаны на создании пластической деформации металла сварных соединений, что снижает остаточные напряжения. К механическим способам относят проковку, прокатку, приложение нагрузки к сварным соединениям.

Преподаватель: Как происходит проковка?

Студент: Металл проковывают непосредственно после сварки по горячему металлу и после его остывания. Основное преимущество этого метода заключается в простоте применяемого оборудования, универсальности и оперативности.

Преподаватель: Что обеспечивает прокатка?

Студент: Прокатка обеспечивает более равномерную пластическую деформацию металла по сравнению с проковкой и в основном предназначена для устранения остаточных деформаций.  

Преподаватель: Как осуществляется приложение нагрузки к сварным соединениям?

Студент: Приложение нагрузки к сварным соединениям осуществляют растяжением или изгибом элементов. Суммирование остаточных и приложенных напряжений вызывает пластические деформации удлинения и после снятия нагрузки снижение максимальных напряжений.  

Преподаватель: Хорошо, но я хочу отметить, что наряду с рассмотренными механическими методами для снятия напряжений используют еще  вибрацию, ультразвуковую и взрывную обработку. На чем основаны термомеханические способы уменьшения сварочных напряжений?

Студент: Термомеханические способы основаны на одновременном протекании тепловых и механических процессов.

Преподаватель: Мы с вами рассмотрели способы уменьшения остаточных напряжений, а что вы расскажите об уменьшении  сварочных деформаций в сварных швах?

Студент: Все мероприятия по уменьшению деформаций можно разделить на конструктивные и технологические способы, которые применяют до сварки, в процессе сварки или после нее.

Преподаватель: Кто может описать эти мероприятия?

Студент: Можно я попробую. Для борьбы со сварочными деформациями применяются такие конструктивные способы как уменьшение количества сварных швов и их сечения, что снижает количества вводимого при сварке тепла, симметричное расположение швов для уравновешивания деформаций, симметричное расположение ребер жесткости, минимальное использование накладок и косынок, применение стыковых соединений.

Студент: К технологическим способам по уменьшению деформации относят рациональную технологию сборки и сварки, жесткие закрепления деталей, обратный выгиб деталей, правильный тепловой режим, многослойные и обратноступенчатые швы, принудительное охлаждение в процессе сварки.

Преподаватель: Совершенно верно. Спасибо ребята. Заполните опорный конспект в соответствующих ячейках.

Давайте посмотрим как осуществляются перечисленные операции.

Преподаватель: Итак, мы с вами рассмотрели способы уменьшения сварочных напряжений и деформаций и для того, чтобы узнать важность знаний способов уменьшения сварочных напряжений и деформаций на практике проведем «Слет специалистов».

У нас в гостях наши выпускники, которые сейчас работают на различных предприятиях по специальности «Сварочное производство» и у них возникли вопросы к вам, как специалистам в области технической механики, касающиеся сварочных напряжений и деформаций.

Представитель 1. Я работаю на Заводе металлических конструкций города Энгельса, занимающийся изготовлением различных металлических конструкций, таких как сварные фермы, колонны, балки и вагонов для перевозки жидких материалов.

Вопрос: Как правильно наложить швы при сварке двутавровых балок, чтобы уменьшить сварочные напряжения и деформации?

Преподаватель: Ваши мнения группа «Напряжение» и группа «Деформация».

Ответы студентов:

При сварке двутавровых балок в первую очередь сваривают стыковые соединения полок и стенки, а затем угловые соединения стенки с полками.

В двутавровой балке с ребрами жесткости следует посекционно приварить ребра жесткости к вертикальной стенке, а затем полки к стенке и ребра к полкам. При этом необходимо сварку секций (ячеек) выполнять поочередно то с одной, то с другой стороны балки. Обычно сваривают 2-3 секции с одной стороны балки, затем 3-4 секции с другой стороны и т. д.

Представитель 1. Но при указанной последовательности сварки балку приходится много раз кантовать. Для этой цели применяют специальные кантователи. А при отсутствии кантователей порядок сварки несколько изменяют. Каким образом?

Ответы студентов:

При этом приварку полок к стенке и к ребрам жесткости в каждой из секций выполняют два сварщика одновременно с обеих сторон балки при вертикальном расположении стенки. В такой последовательности швы можно накладывать как при ручной, так и при полуавтоматической сварке.

Представитель 1. Я удовлетворен ответом и воспользуюсь данной последовательностью наложения швов. Спасибо.

Представитель 2. Еще раз добрый день я представитель завода «Трансмаш» города Энгельса, который занимается изготовлением снегоуборочных машин, работаю в сборочно-сварочном цеху и у меня вопросы к вам.

Вопрос: Первый вопрос: Как правильно нанести сварные швы при сварке обечаек?  

Преподаватель: Ваши мнения группа «Напряжение» и группа «Деформация»

Ответы студентов:

При сварке цилиндрических сосудов из нескольких обечаек сначала выполняют продольные швы, а затем кольцевые.

Представитель 2. Спасибо и второй вопрос: Необходимо сварить две полосы, посоветуйте, пожалуйста, как лучше это сделать, чтобы избежать возникновение сварочных напряжений и деформаций?

Ответы студентов:

Сваривать полосы встык по длине и вваривать заплаты следует с предварительным выгибом. Этот способ называют способом обратной деформации. Им успешно пользуются также при автоматической сварке. Стрелку выгиба выбирают с таким расчетом, чтобы после сварки изделие приняло правильную форму, и при этом образовались бы незначительные остаточные напряжения.

Представитель 2. Спасибо за совет. Обязательно им воспользуюсь.

Представитель 3. Я работаю сварщиком на фирме «Креди-строй» в городе Саратове.

Вопрос: Я хочу убедиться в правильности сварки листов, что вы мне подскажите?

Преподаватель: Ваши мнения группа «Напряжение» и группа «Деформация»

Ответы студентов:

Тонкие листы до 3 мм рекомендуется сваривать на медной подкладке, что уменьшает их нагрев и деформацию. Минимальное коробление тонких листов получается при сварке в углекислом газе электродной проволокой диаметром до 1,2 мм. При ручной и полуавтоматической сварке тонких листов следует применять обратноступенчатый способ. Не следует начинать сварку с края листа.

Представитель 3. А как же с листами толщиной до 6 мм?

Ответы студентов:

Их сваривают с предварительным выгибом свариваемых кромок, что особенно целесообразно при автоматической сварке.

Представитель 3. Что делать, если листы толщиной до и более 20 мм.

Ответы студентов:

При ручной и полуавтоматической сварке сваривают в несколько проходов (слоев) обратноступенчатым способом. Листы толщиной более 20 мм сваривают многослойными швами «каскадным» методом или «горкой» с проковкой каждого слоя, кроме верхнего. При этом если стык имеет двустороннюю разделку кромок, то отдельные слои шва выполняют поочередно с обеих сторон стыка. Не следует увеличивать угол раскрытия разделки кромок и сечение шва против указанных в чертеже.

Представитель 3. Меня устроил ответ, как раз на данный момент пришел заказ на сварку листов толщиной 25 мм. Спасибо.  

Представитель 4. Учащийся группы № 45 «ЭМТТ» города Энгельса, я по заданию преподавателя на производственную практику должен выполнить определенные работы. Как мне быть, чтобы избежать возникновение напряжения в сварном шве при сварке массивных деталей из высокопрочных сталей.

Преподаватель: Ваши мнения группа «Напряжение» и группа «Деформация»

Ответы студентов:

При сварке массивных деталей из закаливающихся сталей применяют предварительный и сопутствующий подогрев, а также последующий высокий отпуск изделий. Температуру подогрева и последующего отпуска выбирают в зависимости от толщины свариваемых элементов и марки свариваемой стали.

Представитель 4. Я всё понял и надеюсь на высокие показатели в своей работе. Спасибо.   

Спасибо за ценную информацию, она очень актуальна и прошу всех принять её к сведению.

По рекомендации физиологов давайте с вами проведем сеанс восстановления нашего организма.

Упражнение для снятия утомления с мелких мышц кисти. Руки поднять вверх. Сжать кисти в кулак. Разжать кисти (6 раз), затем руки расслабленно опускаем вниз и потрясем кистями.

Упражнение для улучшения мозгового кровообращения. Плавно наклоняем голову назад, наклоняем голову вперед, не поднимая плеч (4 раза).

Упражнение  для снятия утомления с плечевого пояса и рук. Руки на поясе. Свести локти вперед, голову наклонить вперед. Локти отвести назад, прогнуться (4 раза), затем опустить руки вниз и потрясти расслабленно.

Упражнение для глаз. Быстро поморгали, закрыли глаза и посидели спокойно, медленно считая до 5 (3 раза). Посмотрели на указательный палец вытянутой руки на счет 1–4, потом перевели взор вдаль на счет 1–6 (2 раза).

3. Закрепление материала – 12 мин.

Преподаватель: Перелистываем третью страничку «Способы предупреждения и уменьшения сварочных напряжений и деформаций» устного журнала «ТМиС» и переходим к последней четвертой страничке нашего журнала «Расчет на прочность сварных швов» Но перед этим послушаем последнего участника «Открытой трибуны», заполните рейтинговый лист.

Студент: Тема моей исследовательской работы «Прочность сварных соединений и конструкций».

Прочность сварных соединений — это свойство, не разрушаясь, воспринимать определенные нагрузки в тех или иных заданных условиях. При этом учитывают как рабочие, так и предельные нагрузки. Под рабочими нагрузками понимают суммарные напряжения, возникающие от собственного веса, внешних нагрузок, возникающих в процессе эксплуатации, и собственных напряжений, создающихся при сварке, сборке и т.д.

Предельными считаются нагрузки, когда наступает текучесть в основном сечении, возникшая под действием статических, повторно-переменных и динамических сил. При этом возникают максимально допустимые повреждения или деформации, за которыми следует потеря эксплуатационной способности конструкции.

Говоря о прочности сварочного соединения, не следует забывать о его пористости и трещинах, оказывающих значительное влияние на этот показатель. Поры в сварочном шве возникают при выделении газов в процессе кристаллизации металла. Как правило, это азот, водород или окись углерода, получаемые в результате химических реакций. Но поры в сварочном шве могут возникать не только от газов. Это явление случается при повышенной тугоплавкости, вязкости и плотности шлаков, которые не покидают пределы сварочного шва.

Преподаватель: Заполните опорный конспект в соответствующих ячейках. Проверьте, правильно ли вы заполнили опорный конспект.

При изготовлении сварных конструкций пользуются не только знаниями по спецтехнологии сварки и материаловедению, но и знаниями технической механики, которая занимается основами расчета деталей или конструкций на прочность.

И теперь перейдем к практической части нашего урока. К нам в техникум пришел заказ от фирмы «Диалог» изготовить опорную плиту для сварной фермы для изготовления каркаса цеха по производству мебели. Наши сварщики изготовили две опорных плиты из стали марки Ст3, эти плиты перед вашими глазами. Вам необходимо проверить на прочность сварные швы. Какие сварные швы вы видите?

Студент группы «Напряжение»: На этой плите угловой и стыковой швы.

Студент группы «Деформация»: Да у нас также.

Преподаватель: Т.е. вам нужно провести расчет на прочность углового шва и стыкового шва и посмотреть выдержат ли эти швы нагрузку в 3000 Н, при этом воспользуйтесь формулами из опорного конспекта. По вашим расчетам мы сделаем вывод о прочности сварных швов, а следовательно о прочности опорных плит. Итак, задача понятна? Время на выполнение задания ограничено и составляет 5 минут, кто быстрее решит поставленную задачу, тот и станет знатоком технической механики. Внимание, время пошло. А мы посмотрим видеоклип подготовленный студентами группы № 205.

Задание: Проверить на прочность стыковой шов и угловой шов опорной плиты, если известна нагрузка 3000 Н. Материалом для пластин служит сталь Ст3. Нагрузка статическая. Сделать вывод о прочности сварных швов.

Группа «Напряжение»:

Группа «Деформация»:

Преподаватель: Подведем итоги ваших расчетов.  

Студент группы «Напряжение»: Наша группа выполняла расчет на прочность сварных швов, а именно стыкового и углового. Для расчетов мы измерили толщину используемого металла, длину стыкового и углового швов и катет углового шва. Наши расчеты показали, что нагрузку опорная плита выдержит.

Студент группы «Деформация»: Наша группа тоже выполняла расчет на прочность сварных швов. Мы также измерили толщину используемого металла, длину стыкового и углового швов и катет углового шва и выяснили, что в отличие от размерных характеристик опорной плиты у группы «Напряжение» наша опорная плита также выдержит нагрузку.

Преподаватель: По результатам ваших расчетов видно, что фирма «Диалог» может использовать опорные плиты в сварной ферме для возведения каркаса цеха по производству мебели, т.к. они выдержат нагрузку в 3000 Н и следовательно опорные плиты прочные.

Ну что же, мы пролистали все страницы устного журнала «ТМиС» и давайте сделаем выводы.

Студент: Каждая сварная конструкция, состоящая из сварных соединений и швов, должна быть прочной и надежной.

Студент: Но этому может препятствовать возникновение в сварных швах остаточных сварочных напряжений и деформаций.

Студент: Поэтому каждому из нас необходимо знать способы предупреждения и уменьшения сварочных напряжений и деформаций.

Студент: Также нужно знать алгоритм расчета на прочность сварных швов.

Преподаватель: Хорошо.

4. Подведение итогов урока – 3 мин.

Преподаватель: На этом уроке мы с вами вспомнили типы сварных швов, повторили, что такое напряжение и деформация, рассмотрели основные способы предупреждения и уменьшения сварочных напряжений и деформаций, убедились в необходимости расчета на прочность сварных швов, увидели связь предмета «Техническая механика» и вашей специальности «Сварочное производство», заполнили рейтинговые листы и опорный конспект. И я надеюсь, что придя на предприятие на производственную практику, вы сможете справиться с проблемой возникновения в сварных швах остаточных напряжений и деформаций.

Мне сегодня понравилась ваша работа на уроке. Оценки за урок.

На столах вы видите карточки трех цветов, по рекомендации психологов выберите тот цвет, каким бы вы оценили наш урок. Если вы выбираете красный цвет, то этот урок вам очень понравился. Если вы выбираете зеленый цвет, то эта тема вас заинтересовала, вы в дальнейшем хотите углубить ваши знания. Если вы выбираете желтый цвет, то этот урок вам не понравился.

И в завершении нашего урока послушаем стихотворение про специальность «Сварочное производство»:

Наш треснул мир, и швы кругом
Полопались на рваных ранах,
И он, хоть спит еще весь дом,
Уходит на работу рано.
Приладив на лицо щиток,
Он все проверит, обернется –
И побежит электроток,
И в пальцах молния зажжется!
Металл послушен, как дитя,
Его рукам, на вид несильным:
Всю смену, будто бы шутя,
Сшивает сталь дугою синей.
А после – милый тихий быт
Квартирки в угловом подъезде.
Там сын растет. Там две судьбы,
Надежно сваренные вместе.

5. Домашнее задание – 1 мин. 

1. На основе опорного конспекта составить более полный конспект по теме «Напряжение и деформации в сварных швах»

2. Составить тестовое задание, программируемое задание, кроссворд или тест-сопоставление по теме «Напряжение и деформации в сварных швах»