Л. Д. ВЕРЕТНИК
Главный сварщик завода транспортного машиностроения имени Малышева,
кандидат технических наук
ПРАВКА
СВАРНЫХ
КОНСТРУКЦИЙ
ИЗДАТЕЛЬСТВО «ПРАПОР»
ХАРЬКОВ	1966
6С4
В31
В брошюре описываются основные
способы правки сварных конструкций.
Приведены примеры правки наиболее
сложных сварных конструкций из опы-
та завода имени Малышева, даны
расчетные методы определения режи-
мов правки.
Брошюра предназначена для инже-
нерно-технических работников, заня-
тых проектированием и изготовлением
металлоконструкций.
3—12—6
В нашей стране за последние годы значительно рас-
ширилась область применения сварных конструкций,
которые в настоящее время стали основой почти всех
сооружений и машин. Выпуск сварных конструкций
увеличился по сравнению с 1958 годом более чем в три
раза. Это стало возможным благодаря непрерывному
совершенствованию конструктивных форм и технологии
изготовления сварных конструкций. В настоящее время
ведутся новые разработки, направленные на повышение
надежности, долговечности и экономичности сварных
конструкций.
Правка сварных конструкций является недостаточно
разработанным технологическим приемом. Это произо-
шло потому, что до настоящего времени многие сварщики
считают возможным организовать производство сварных
конструкций, полностью исключив из него правку.
Правка еще долго будет неотъемлемой частью тех-
нологического процесса на заготовительных участках
сборочно-сварочных цехов. Поэтому разработка и теоре-
тическое обоснование технологии правки безусловно
полезны для технологов сварочного производства.
Целью настоящей работы является разработка основ-
ных положений для проектирования технологического
процесса правки путем обобщения и систематизации
существующего опыта.
I
ПРАВКА
Деформации сварной конструкции после сварки, пре-
вышающие допустимые, обычно устраняются правкой.
Трудоемкость правки велика, поэтому ее применение
снижает технико-экономический эффект технологического
процесса.
Необходимость применения правки возникает вслед-
ствие того, что запроектированные технологом меры,
устраняющие деформации, недостаточны. В мелкосерий-
ном производстве, а также при изготовлении новых об-
разцов машин, когда тщательная отработка технологи-
ческого процесса невозможна, а применение сложных
дорогостоящих приспособлений экономически нецелесо-
образно, следует ожидать возникновения деформаций
сварных конструкций. Эти деформации обычно устраня-
ются правкой.
Краевые условия. Рассмотрим элементы дефор-
мированной конструкции, которую необходимо подверг-
нуть правке.
Обычно элементы изогнуты. В первом приближении
можно считать, что продольная ось элемента претерпела
чистый изгиб. Длина волокна элемента, расположенного
по продольной оси при изгибе, не изменилась. Это пред-
положение справедливо при бесконечно малом попереч-
ном сечении волокна. Волокна, расположенные от оси
в направлении выпуклой части элемента, растянуты, а
в направлении вогнутой части сжаты.
Деформированный изогнутый элемент можно рассмат-
ривать иначе. В элементе до деформирования продоль-
ная ось прямолинейна. Все поперечные сечения элемента
перпендикулярны к продольной оси. В результате дефор-
мации продольная ось изгибается, а поперечные сече-
ния отклоняются от своего первоначального положения
5
на некоторый угол, характеризующий величину дефор-
мации.
Таким образом, при правке необходимо в первом
случае воздействовать на элемент конструкции так, что-
бы выпрямить продольную ось элемента, растянуть
вогнутые волокна и сжать выпуклые.
Возможны два других варианта: сокращение длины
выпуклых волокон до длины вогнутых и выпрямление
при этом первых и вторых; удлинение вогнутых волокон
и уравнение их длины с длиной выпуклых с одновремен-
ным выпрямлением первых и вторых.
Во втором случае на элемент конструкции необходи-
мо воздействовать так, чтобы поперечное сечение эле-
мента, отклонившееся при деформировании на некоторый
угол, вернуть в первоначальное положение, то есть в та-
кое, при котором оно будет перпендикулярно продольной
оси, но при условии, что одновременно выпрямлена про-
дольная ось.
Основываясь на изложенных краевых условиях, мож-
но разрабатывать основные положения для правки свар-
ных конструкций, ввести методику проектирования тех-
нологического процесса правки и создать расчетные
методы по определению параметров воздействия прав-
кой на деформированную конструкцию.
В настоящее время применяются три правки: холод-
ная правка, правка пластическим изгибом при нагреве
всего изделия и правка местным нагревом.
ХОЛОДНАЯ ПРАВКА
Физическая сущность процесса холодной правки со-
стоит в осуществлении деформирования изделия плас-
тическим изгибом при обычной температуре, и предна-
значена она для устранения искривления деталей, то
есть для придания им прямолинейной формы.
В результате деформирования в изделии образуется
наклеп, повышающий предел текучести металла. Диапа-
зон пластичности таких изделий значительно сужается.
Вследствие наклепа возникает неоднородность механи-
ческих свойств, снижающая статическую и усталостную
прочность конструкции.
Процесс холодной правки осуществляется следую-
щим образом. Например, требуется выправить искрив-
ленный стержень с радиусом кривизны pt (рис. 1).
6
Для выпрямления стержень необходимо изогнуть в
противоположном направлении, придав ему некоторую
обратную кривизну радиуса р2 такую, чтобы после
снятия внешней нагрузки первоначальная кривизна
1
стержня <р= — исчезла и стержень выпрямился. Если
поперечное сечение стержня 00 считать неподвижным,
го поперечное сечение II искривленного стержня, взятое
по оси на расстоянии, равном единице, от сечения 00
под действием нагрузки переместится в положенние Ыо
и образует с первоначальным своим положением угол <р0.
При этом ранее предполагалось, что нейтральная линия
проходит через центр тяжести сечения. На самом же
деле здесь рассматривался кривой стержень, у которого
при изгибе нейтральная линия не проходит через центр
тяжести, а смещается относительно него. Поэтому напря-
жения в крайних волокнах будут по величине разными
и при возрастании внешней нагрузки текучесть мате-
риала в крайних волокнах возникнет не одновременно с
каждой стороны. Однако в связи с тем, что практически
кривизна выпрямляемых стержней по сравнению с высо-
7
той поперечного сечения незначительна, кривой стер-
жень можно рассчитывать как прямой, то есть считать,
что нейтральная ось все время проходит через центр
тяжести сечения и применить уравнение:
e=^(?i+?2)=^o.
где е — относительное удлинение волокна;
Z — расстояние до исследуемого волокна от ней-
тральной линии ’.
Физическая сущность процесса холодной правки мо-
жет быть рассмотрена несколько иначе. Изогнутый эле-
мент конструкции представляет собой балку, которая
нагружается усилием правки.
Если величина этого усилия достаточна для того,
чтобы вызвать пластическую деформацию в элементе
конструкции, то в течение времени воздействия усилия
правки укороченные волокна элемента удлиняются, а
удлиненные сокращаются по длине. Эти процессы возни-
кают или совместно или раздельно в зависимости от
особенностей применяемого вида правки.
Правильщик должен определить в зависимости от
характера и величины деформаций: места приложения
усилия правки; величину усилия; время воздействия
усилия правки на элемент конструкции.
До настоящего времени не разработаны методики
для рассчетного определения перечисленных параметров
правки. Выбирает их рабочий-правильщик на основании
своего опыта и квалификации.
В настоящее время применяются такие виды холод-
ной правки: правка ударным инструментом на плите;
правка на прессе; правка на вальцах.
Правка ударным инструментом на п л и -
т е. Для правки ударным инструментом изделие укла-
дывается на плиту и затем по деформированным местам
наносятся удары молотом. Усилия, создаваемые при
ударе молотом, невелики, поэтому этим способом можно
выправить изделия небольших размеров и толщин.
Устранить деформации изделия правкой молотом удает-
ся при условии целесообразного выбора мест для нане-
сения удара. Выбор места нанесения удара молотом
производится исходя из физической сущности процес-
• В. Л. С а х н е н к о. Холодная гибка и правка деталей. М.,
Машгиз, 1951.
8
сов, происходящих при этом виде правки. В деформи-
рованном изделии волокна, лежащие по одну сторону
нейтральной линии, укорочены, а по другую удлинены.
Поэтому выпрямление изделия произойдет, если длина
волокон, лежащих по обе стороны от нейтральной
линии, уравняется. Равенство длины волокон будет
достигнуто в случае, если короткие волокна будут удли-
нены, а длинные укорочены, что достигается созданием
напряжений, равных пределу текучести при ударе моло-
том по наивысшей точке выпрямляемой изогнуто-
сти (рис. 2). В момент удара происходят пластические
сокращения волокон большой длины и пластические
удлинения коротких волокон. При правке ударом моло-
та образуется местная вмятина, которая является на-
чальным очагом разрушения. Ударом молота вызывает-
ся местный наклеп, повышающий предел текучести в
месте удара. Возникновение наклепа можно предотвра-
тить, если править изделие с помощью наставки — это
снижает силу удара, или молотом, на боек которого
произведена наплавка из меди.
Рис. 2. Правка ударным инструментом на плите.
Более сложную задачу представляет выполнение пра-
вки ударным инструментом на тонколистовых конструк-
циях.
Тонколистовые конструкции часто деформируются
из-за потери устойчивости листов. Потеря устойчивости
листов возникает в результате того, что напряжения
сжатия, образующиеся при сварке вокруг сварных швов,
превышают критические напряжения продольного изгиба
для этих листов.
Деформация имеет вид выпучины, которая называет-
ся хлопуном. Обычно средняя часть хлопуна растянута.
9
а периферия сжата, сварные швы растянуты и укорочены
по сравнению с первоначальной длиной.
Хлопун устраняется путем пластического удлинения
его периферийной части за счет нанесения ряда ударов
по всему периметру хлопуна. При этом необходимо
в месте удара с противоположной стороны подставить на-
ставку с небольшой поверхностью прилегания к листу.
Выполнять такие операции на плите нельзя. При правке
листов толщиной до 1 мм рекомендуется наставка со сфе-
рической поверхностью. Такую же поверхность должен
иметь боек молотка. Сила удара регулируется правиль-
щиком, который поддерживает наставку и наносит удар.
Укреплять наставку нельзя.
Правка с помощью пресса. Для правки из-
делий применяются эксцентриковые, фрикционные и пор-
тальные гидравлические прессы. Наиболее целесообразно
применять портальный гидравлический пресс. Конструк-
ция такого пресса представлена на рис. 3.
Частью пресса является плита 10, установленная на
фундаменте 11. Плита предназначена для укладки изде-
лия, подвергающегося правке. На плите имеются пазы 9
для болтов, которыми укрепляются приспособления для
правки или выпрямляемые изделия. Вдоль плиты с двух
сторон укреплены дорожки 1, по которым перекатывают-
ся четыре колеса 2 портала 6. Портал представляет собой
металлическую конструкцию, опирающуюся на колеса.
Два колеса ведущие. К ним имеется механический при-
вод, который состоит из электродвигателя 14, червячного
редуктора 13. Движение от червячного редуктора через
вал 3 передается на цилиндрические редукторы 8 и ве-
дущие ролики. На траверсе 5 портала размещена рабочая
часть 4 пресса, которая перемещается на колесах с по-
мощью ручного привода 7 вдоль траверсы. Рабочая часть
пресса состоит из электродвигателя, приводящего в дви-
жение гидравлический насос мультипликатора, штока
с поршнем 12, перемещающегося в цилиндре, и гидрав-
лических золотников с системой подводящих трубок.
На насосе установлен электродвигатель типа АО52-6,
мощностью 4,5 кет с числом оборотов 950 об/мин.
Механический привод портала осуществляется элек-
тродвигателем типа АО41-6, мощностью 1 кет с числом
оборотов 930 об/мин. Применен лопастной гидравлический
М
насос типа Г-12-13 (Л 1Ф-35). Портал передвигается вдоль
плиты со скоростью 6 м!мин.
Гидравлический насос создает наибольшее рабочее
давление масла №кг1см? до мультипликатора и 160кг/си2
после мультипликатора. Включение мультипликатора
происходит автоматически. При работе мультипликатора
на штоке развивается усилие, равное 50 т и 16 m — без
мультипликатора.
Ход штока равен 28 мм, в течение этого хода разви-
вается усилие свыше 16 т, при усилии ниже 16 т ход
штока равен 250 мм. Шток перемещается со скоростью
320 mmImuh при усилии на штоке свыше 16 т и
1000 mmImuh при усилии на штоке менее 16 т. Скорость
обратного хода поршня равна 1000 мм/мин.
Процесс правки на прессе осуществляется следующим
образом. Изделие помещается на плиту между колонна-
ми портала на подкладки. Высота подкладок выбирается
более стрелы прогиба, которую нужно получить на де-
формированном элементе для того, чтобы его выправить.
Изделие следует уложить так, чтобы вогнутая часть эле-
мента была обращена к плите, а выпуклая к штоку прес-
са. Затем перемещается портал в такое положение, чтобы
шток пресса разместился над точкой, где выпуклость
элемента максимальная. После этого включается рабочая
часть пресса и шток, перемещаясь вниз, передает усилие
на выпрямляемый элемент. Приложение усилия вызывает
прогиб элемента, противоположный первоначальной де-
формации. В момент, когда напряжения, вызванные при-
ложенным усилием, станут несколько больше предела
текучести металла изделия, в нем начнется пластическая
деформация. Волокна, лежащие над продольной осью из-
делия, будут сокращаться, а под ней удлиняться, то есть
произойдет процесс выпрямления изделия.
Физическая сущность процессов правки с помощью
пресса и правки ударным инструментом одинакова. Отли-
чие состоит только в том, что характер усилия при правке
на прессе статический и оно не вызывает местного накле-
па, а при правке ударным инструментом усилие динами-
ческое.
Деформированные места на изделиях образуются
иногда в труднодоступных местах. Для передачи усилия
пресса в эти места применяются специальные удлините-
ли, которые укрепляются на штоке пресса. Удлинителям
Н
12
2ОвО
Рис. 3. Конструкция портального пресса для правки.
13
Рис. 4. Гидравлический пресс для правки крупных металлоконструкций;
а — план; б — сечение пресса.
придается различная форма, чем обеспечивается сосредо-
точение усилия в необходимом месте. Использование раз-
личного рода прокладок запрещается, так как при экс-
центричной передаче усилия возникает опасность выброса
прокладки. Более совершенным является гидравлический
пресс, спроектированный конструкторским бюро Новоси-
бирского завода тяжелых станков и крупных гидропрес-
сов *.
Этот гидравлический пресс 1600 т (модель ПО242)
предназначен для правки крупных сварных конструкций
типа колонн и балок, имеющих кривизну после сварки.
На прессе можно править конструкции с размерами сече-
ния от 300 X 300 до 900 X 900 мм при длине от 1,5 до 20 м.
Пресс такого типа спроектирован впервые, и его целесооб-
разно использовать в цехах металлоконструкций при
большой программе выпуска, обеспечивающей загрузку
пресса.
Пресс представляет собой полностью механизирован-
ный агрегат с дистанционным управлением, обслуживае-
мый одним рабочим-оператором. Механизированы все
операции по перемещению и кантовке изделия в процессе
правки.
Весь агрегат (рис. 4, а, б) состоит из пресса 1 гори-
зонтального типа с индивидуальным гидроприводом 2 и
двух тележек манипуляторов 3, передвигающихся по
рельсам. Рельсовый путь проходит сквозь пресс, так что
каждая из тележек может переходить между колоннами
пресса на противоположную сторону. Пульт управления 4
прессом и тележками расположен сверху на передней
траверсе пресса. Такое расположение пульта позволяет
производить визуальный контроль процессов перемеще-
ния и правки.
Величины прогиба изделия в процессе правки наблю-
даются с помощью системы дистанционного контроля.
Три датчика 5 величины прогиба расположены на перед-
ней траверсе пресса. Указатель прогиба находится в спе-
циальном табло на пульте управления.
На передней траверсе 1 пресса смонтированы пере-
движные опорные призмы 10, приводимые в движение от
1 М. Е. Котляр и Ю. Е. Штейн дорф. Правка крупнога-
баритных металлоконструкций специальным гидравлическим прессом,
журн. «Сварочное производство», 1965, № 3.
16
электродвигателя посредством ходового винта 11. На-
жимная призма 3 закреплена на подвижной траверсе
пресса 4. Подвижная траверса имеет направление по
четырем колоннам. Цилиндровая группа, смонтирован-
ная в задней траверсе 6, состоит из одного главного ци-
линдра 5 плунжерного типа и двух поршневых цилиндров
форсированного хода. Эти же цилиндры используют и
как цилиндры обратного хода.
Гидропривод пресса состоит из радиально-плунжер-
ного насоса 7 типа 2НПС-400 производительностью от
О до 400 л!мин, клапана наполнения 8 и сливного золот-
ника 9. Изменение производительности и реверсирование
насоса производятся дистанционно с пульта управления,
при работающем насосе посредством механизма, состоя-
щего из пары силовых сельсинов и зубчатой передачи.
Рукоятка 12 управления насосом, связанная с силовым
сельсином-датчиком, расположена на пульте управления
прессом. При помощи этой рукоятки производятся вклю-
чение хода пресса, остановка и включение обратного
хода. Производительность насоса пропорциональна углу
отклонения рукоятки от нейтрального положения.
Тележки-манипуляторы служат для перемещения и
кадтовки изделий в процессе правки. При этом изделия
длиной до 5 м при правке располагаются на одной тележ-
ке, а изделия длиной 5—20 м —- на двух. Каждая тележка
снабжена индивидуальным гидроприводом и имеет сле-
дующие механизмы: податчики 6 для перемещения изде-
лий к опорным призмам; кантователь 7 для поворота
изделий на 90°; подъемники 8 для подъема изделий.
Каждая тележка имеет отдельный электродвигатель
привода перемещения. Подвод электропитания к тележ-
кам осуществляется посредством кабельного барабана
с вращающимися токосъемниками. Управление работой
тележек со всеми механизмами производится с пульта
пресса. Предусмотрено как раздельное включение каж-
дой из тележек, так и согласованное включение и работа
двух тележек.
Техническая характеристика пресса
Максимальное усиление прееся; —. „ гггэ
Допустимый эксцен рицитет * ОДйЙоткенй^-4
нагрузки при полн :м 'силни, мм . .
Полный ход, мм
н
s 1006
!
2 4-2161
Максимальная скорость холостого хода,
мм I сек............................. 105
Максимальная скорость рабочего хода,
мм I сек.................................. 8,3
Скорость обратного хода, мм/сек . . .	140
Рабочее давление в гидросистеме, кг/смг 200
Скорость передвижения тележек-манипуля-
торов, м)сек.............................. 0,5
Грузоподъемность одной тележки, т . . .	7,5
Габариты правящихся металлоконструкций, мм:
высота................. ............. 300—900
ширина	300—900
длина............................. 1500—20 000
Максимальный вес правящихся металло-
конструкций, т.......................... 15
Суммарная установленная мощность элек-
тропривода, кет......................... 150
Общий вес установки, т .	. .	150
Правка металлоконструкций производится следую-
щим образом: обе тележки выдвигаются на одну сторону
от пресса; металлоконструкция 2 (балка) зачаливается
краном и погружается на тележки. При включении пере-
движения тележек балка вводится в пресс.
Включением податчиков балка подводится к опорным
призмам, после чего производится правка с передвиже-
нием балки по ее длине. Во время правки оператор сле-
дит за показаниями кривизны на пульте. После окончания
правки в одной плоскости балка выводится на центр те-
лежек и кантуется на 90°. Балки сечением до 600X600 мм
можно кантовать, не выводя из пресса, а балки больших
сечений выводятся из пресса и кантуются в стороне. Пос-
ле кантовки производится правка во второй плоскости.
В настоящее время правка крупных сварных металло-
конструкций, имеющих кривизну после сварки, произво-
дится обычно вручную, огневым способом, связанным
со значительными трудозатратами и большим расходом
кислорода и газа.
В табл. 1 приведена себестоимость (в руб.) правки
1 т металлоконструкций по статьям затрат существую-
щим (огневым) способом и на прессе.
Экономия за счет снижения себестоимости правки
при использовании специализированного гидравлического
пресса составляет 73 коп. на 1 т металлоконструкций.
Правка на вал ь ц а х. Правке на вальцах обыч-
но подвергаются детали сварных конструкций, деформи-
ровавшиеся при кислородно-разделительной резке. Этот
18
вид правки выполняется на заготовительных участках
сборочно-сварочных цехов. Для правки применяются пра-
вильные агрегаты разной конструкции.
Таблица 1
Стоимость правки 1 т металлоконструкций
Статья затрат	Огневая правка	Правка на прессе
Заработная плата основных рабочих с учетом начислений по соцстраху	0,76	0,04
Стоимость электроэнергии	—	0,012
Стоимость газа и кислорода	0,23	—
Амортизационные отчисления .	—	0,13
Эксплуатационные расходы	___	0,12
Расходы на инструмент		0,04	—
Итого	1,03	0,302
Основой семивалкового правильного агрегата являет-
ся станина, в которой укреплены в два ряда подшипники
валков. В нижнем ряду шесть неподвижных подшипни-
ков, а в верхнем ряду расположены восемь подшипников,
которые можно перемещать в вертикальном направлении.
В подшипниках вращаются валки: в верхних — четыре,
а в нижних — три. Нижние валки расположены под про-
межутками между верхними. Валки приводятся в движе-
ние через редуктор электродвигателем. Направление вра-
щения верхних и нижних валков в разные стороны. От
редуктора вращение передается также на механизм
подъема и опускания верхних валков. Для поднятия пер-
вого и последнего валка имеется ручной привод. Элек-
трическая схема агрегата обеспечивает изменение направ-
ления вращения валков. Агрегат оборудован рольгангом
для облегчения подачи деталей к валкам.
Правка осуществляется следующим образом. Верхние
валки поднимают так, чтобы в зазор между верхними и
иижними валками свободно проходила деформированная
деталь. Затем включают вращение валков и деталь пере-
2*
19
мещают так, чтобы ее концы равномерно выступали
из-под крайних валков. После этого дополнительно опус-
каются верхние валки и с помощью реверсирования вра-
щения валков детали придают несколько возвратно-по-
ступательных перемещений под валками. Если деформа-
ции детали большей величины, производят повторное
опускание верхних валков.
Выправленную деталь выкатывают из-под последних
валков.
На правильном агрегате такой конструкции можно
также выправлять детали небольших габаритов.
Выполняется это следующим образом. На тщательно
.выправленном листе толщиной 40 мм укладываются по;
перечными рядами детали, которые необходимо править.
Уложить детали нужно выпуклостью вверх. Затем лист
,с деталями вводится в заранее отрегулированный зазор
между валками. Дальнейший процесс правки подобен
ранее описанному.
При кислородно-разделительной резке детали значи-
тельной длины и небольшой ширины искривляются по
{ребрам. Такую ребровую кривизну называют серповид-
ностью. Устранить возникновение этой деформации мож-
но изменением порядка вырезки, что не всегда бывает
возможным. Детали можно также исправить обрезкой но
серповидному ребру и наплавкой противоположного. Та-
кое исправление трудоемко и связано с большими затра-
тами. Проще исправить серповидность на семивалковом
правильном агрегате. Для правки на поверхность детали
со стороны сжатой (вогнутой ребровой) поверхности
укладывают подкладку небольшой ширины, по длине,
равной длине детали. Затем производят вальцовку по-
лосы.
При этом усилие правки передается через подкладку
на укороченные волокна, которые удлиняются в процессе
вальцовки. На удлиненные волокна в таком случае уси-
лие правки не передается.
Процесс правки на вальцах по своей физической сущ-
ности отличается от ранее описанных видов правки. При
правке на вальцах происходит удлинение укороченных
волокон. Процесс заканчивается в момент, когда длина
укороченных волокон стала равной длине удлиненных
волокон.
20
ПРАВКА МЕСТНЫМ НАГРЕВОМ
Правка местным нагревом в настоящее время широко
распространена в производстве сварочных конструкций.
Основным преимуществом этого вида правки являет-
ся ее универсальность: с помощью правки местным нагре-
вом можно выправить любую сварную конструкцию
сложной конфигурации и габаритов.
Для правки местным нагревом не требуется специаль-
ного оборудования. Применяя соответствующие техноло-
гические приемы можно выправить конструкцию с любой
степенью точности.
При изготовлении опытных конструкций новых машин,
когда невозможно применить отработанные технологиче-
ские приемы, устраняющие сварочные деформации, прав-
ка местным нагревом приобретает первостепенное зна-
чение.
Для выяснения физической сущности процессов,
происходящих при правке местным нагревом, рассмотрим
явления при нагреве небольшого участка закрепленного
стержня из малоуглеродистой стали. Пусть стержень,
закрепленный обеими концами (рис. 5, с), нагревается
равномерно по всему сечению на участке АА'ВВ'. Металл
стержня находится при этом в различных физических
состояних: холодные участки стержня не изменяют своих
механических свойств, а нагретый объем АА'ВВ' с повы-
шением температуры уменьшает свою прочность и уве-
личивает пластичность.
Нагретый объем АА' ВВ' является наиболее слабым
звеном в силовой цепи, он будет испытывать пластиче-
ское течение при более низких напряжениях, чем осталь-
ные (холодные) участки металла.
Опишем процессы, происходящие в стержне, с по-
мощью диаграммы (рис. 5, б) в координатах а — Т
(напряжение — температура). Эта диаграмма получена
следующим образом. В координатах а — Т построены
кривые изменения предела текучести в зависимости от
изменения температуры, при нагреве и при охлаждении.
Как известно, предел текучести уменьшается с увеличени-
ем температуры образца. Затем на ней прямыми изобра-
жены изменения напряжений в исследуемом образце при
изменении температуры нагрева.
21
Рис. 5. Физическая сущность правки местным нагревом:
а — закрепленный стержень; б — диаграмма; в — выпрямление стержня местным нагревом.
При нагреве до температуры Га в стержне возникнут
и будут нарастать по прямой ОА упругие напряжения
сжатия. Эти напряжения в точке А при температуре Т а
достигнут предела текучести.
Температура Та определится формулой
где ат — предел текучести равный для рассматриваемых
сталей 2500 кг/см2-,
а — коэффициент линейного расширения стали, 1 /°C;
Е — модель упругости, кг!см2.
Учитывая, что коэффициент линейного расширения
растет с повышением температуры, а модуль упругости Е
понижается, примем допущение, что а £ = 25, так как
а£= 12 • 10~6 • 2,1 - 106~25.
Тогда:
„	2500
^а = —2g-~= 100°С.
В практических условиях эта температура значитель-
но выше, так как закрепления стержня обладают неко-
торой податливостью.
Допустим, что между холодной и нагретой частью
стержня не существует области перепада температур, что
они как бы разделены непроницаемыми перегородками
для тепла.
Рассмотрим процессы, происходящие при нагревании
объема АА'ВВ'. Объем АА'ВВ', удлиняясь, будет оказы-
вать увеличивающееся до предела текучести давление на
близлежащие части стержня. Под воздействием этого
давления возникшие в нем напряжения сжатия увели-
чатся также до предела текучести.
При нагреве выше Та напряжения в нагретом объеме
будут уменьшаться по кривой изменения текучести в за-
симости от температуры. При температуре 600° С они
станут равными нулю, так как металл при этой темпера-
туре находится в пластическом состоянии. Волокна
АА'ВВ' объема, нагревание которых продолжается, удли-
няются по зависимости Д/=а 77, но ввиду торможения со
стороны холодных участков волокна пластически сжи-
маются.
23
Продолжая нагрев до большей температуры, чем
600° С, мы вызовем дальнейшее удлинение волокон. Про-
изойти это удлинение волокон не может, так как сущест-
вуют перегородки — холодные объемы металла. Следо-
вательно, пластическая деформация — сокращение дли-
ны объема АА'ВВ' — будет увеличиваться.
На диаграмме (рис. 5, б) этот процесс изобразится
отрезком прямой ВВ', совпадающим с осью абсцисс. На-
грев в точке В' прекращаем. Тогда, остывая до 7в. объем
АА'ВВ' будет сокращаться, продолжая претерпевать пла-
стические деформации. В точке В пластическое состояние
переходит в упругое. Объем АА'ВВ', сокращаясь при
дальнейшем остывании, стремится оторваться от осталь-
ного металла стержня, но, встретив его противодействие,
объем АА'ВВ' начнет растягиваться в начале до точки Д
упруго по прямой ВД, затем упругопластически, так как
напряжение достигло предела текучести. Пластическая
деформация при температуре меньше 600° С происходит
только под воздействием напряжений, равных пределу
текучести. Следовательно, пластическое растяжение объе-
ма АА'ВВ' будет также происходить под воздействием
напряжений, равных пределу текучести. Этими напряже-
ниями он и останется растянут при достижении первона-
чальной длины.
Таким образом, нагрев до пластического состояния
объема АА'ВВ' в закрепленном стержне вызывает в на-
чале пластическую деформацию укорочения волокон на
длине нагреваемого участка, затем после остывания —
пластическую деформацию удлинения волокон всего
стержня напряжениями растяжения, равными по величи-
не пределу текучести. Эти физические явления положены
в основу процесса правки местным нагревом. Покажем
это на примере.
Пусть изогнутый стержень со стрелой прогиба f за-
креплен в опорах неподвижно (рис. 5, в). Нагрев объема
АА'ВВ' до температуры 600° С вызывает пластическую
деформацию сокращения длины волокон и возникновение
при охлаждении сил растяжения. Эти силы Р, направлен-
ные по оси стержня, вызовут появление силы /V, выпрям-
ляющей стержень и, следовательно, уменьшающей стрелу
прогиба.
Таким образом, для выпрямления согнутого стержня
необходимо уметь определять длину нагреваемого объема
24
АА'ВВ', которая должна быть такой, чтобы возникшие при
нагреве и охлаждении физические явления привели к пол-
ному выравниванию согнутого стержня.
В настоящее время правка как технологический про-
цесс основана на опыте обученных правильщиков. Акту-
альной задачей является разработка технологических
процессов правки на основании теоретически обоснован-
ных положений.
Для правки применяются три вида нагревов: нагрев,
производимый симметрично относительно оси изделия,
не вызывающий появления изгибающего момента, при-
меняемый при правке выпучин и хлопушек на тонких
листах; нагрев, производимый несимметрично относи-
тельно оси изделия, вызывающий в результате остаточ-
ной пластической деформации сжатия появление момен-
та, который, изгибая деформированное изделие, доводит
его до выпрямления; нагрев, расположенный независимо
от оси симметрии, вызывающий в результате пластиче-
ской деформации сжатия укорочение удлиненных воло-
кон изделия и вследствие этого выпрямление конструкции.
Правка местным нагревом выполняется в следующей
последовательности: выявляются деформации на кон-
струкции; измеряется величина деформаций и сложные
деформации расчленяются на простые; в зависимости от
характера и величины деформации устанавливается рас-
положение, форма, размеры и режим нагрева; если есть
необходимость, то применяется предварительная упругая
деформация; применяется нагрев и затем полное остыва-
ние конструкции.
Выявление и расчленение сложных де-
формаций. Измерение величины деформации прово-
дится с помощью длинных линеек, стальных нитей или
оптическими приборами и трудностей не представляет.
Методы расчленения сложной деформации на простые
можно показать на следующем примере. После сварки
тавровая балка деформировалась, как показано на
рис. 6, б. Проверив ее прямолинейность в горизонтальной
и вертикальной плоскостях, легко установить, что балка
выпуклая и серповидная.
. Выбор места и формы нагрева. Сложнее
выбрать форму нагрева. Разработана следующая класси-
фикация применяемых форм нагрева (рис. 7).
25
Для тонких листов, потерявших устойчивость, реко-
мендуется нагрев точками, расположенными по концен-
трическим окружностям (рис. 7,а).
Рис. 6. Тавровая балка, деформированная после сварки.
Для случая приварки фланца к полосе или листу
рекомендуется круговой нагрев по кольцу (рис. 7, б),
действующий на конструкцию двояко: внешний контур
кольца вызывает силы растяжения, выпрямляющие по-
лосу, а внутренний контур силы растяжения, сохраня-
ющие прямолинейность плоскости, к которой приварен
фланец.
При приварке ряда бобышек к полосе или листу в
случае их расположения в один ряд рекомендуется на-
грев полосой или кружками, расположенными друг за
другом в один ряд (рис. 7, в).
26
Изогнутые угольники правятся (рис. 7, г) основным
технологическим приемом «клином нагрева». Применяя
«клин нагрева», можно воздействовать на конструкцию
переменными по величине силами, изменяющимися от
нуля в вершине клина до максимума в.его основании.
При правке изогнутых тавров и двутавров применя-
ются «клинья нагрева» в комбинации с полосой нагрева
(рис. 7, д), что позволяет увеличивать величину силы
растяжения, действую-
щей у основания клина,
где обычно располага- #
ются полосы нагрева.
Для правки рам с
толстыми приваренны-
ми плитами примени-
ют «крест нагрева» и
(рис. 7, е) в комбина-
ции с полосой нагрева.
Такой нагрев приме- п
няется в том случае, О
когда воздействие внеш-
него и внутреннего кон-
тура нагрева недоста-
точно для выправления
поверхности, на кото-
рую оно наложено. По-
лосы нагрева усилива-
ют действие этих кон- и
туров.
Пользуясь этой клас-
сификацией, можно пра-
вильно выбрать форму е
и место нагрева в зави-
©
•II
bo
0
симости от характера
простых деформаций,
которые претерпела
конструкция.
Анализируя разра-
Рис. 7. Классификация форм нагрева:
а — нагрев точками для правки хлопуноз;
б — нагрев по кольцу; в — нагрев полосой;
г — «клин нагрева»; д — «клин нагрева» в
комбинации с полосой; е — «крест нагрева».
ботанную классификацию форм нагревов, приходим к вы-
воду, что изгибающий момент, необходимый для вырав-
нивания конструкции, можно получить, используя либо
продольное, либо поперечное сокращение при местном
нагреве металла. Примером использования продольного
27
сокращения металла при местном нагреве является фор-
ма нагрева полосой.
Поперечное сокращение металла используется при
применении формы нагрева в виде клина, увеличивающе-
гося по мере приближения к выпуклой стороне деформи-
рованного элемента.
Определение размеров и режима на-
грева. Основным вопросом правки является решение
задачи о размерах и режимах нагрева.
Устранение изгиба элемента путем нагрева продоль-
ной полосы достигается созданием обратного поперечно-
го изгиба от внецентренного действия продольных актив-
ных внутренних усилий, возникающих при правке. Центр
тяжести поперечного сечения активной зоны Оп продоль-
ной полосы, подвергающейся нагреву (рис. 6, а) должен
в нашем случае находиться в силовой плоскости, то есть
плоскости действия результирующего изгибающего мо-
мента, вызванного внутренними усилиями сварных швов.
Точка приложения равнодействующей активных внутрен-
них усилий находится в центре тяжести Оа поперечных
сечений активных зон сварных швов. «Пиния ООй, соеди-
няющая центр тяжести поперечного сечения сварного
изделия с точкой приложения Оа равнодействующей
активных внутренних усилий сварных швов, называется
силовой линией. Она расположена в силовой плоскости и
является линией пересечения силовой плоскости с попе-
речным сечением сварного изделия.
При совпадении силовой линии с одной из главных
центральных осей инерции поперечного сечения профиль
испытывает чистый изгиб. Чистый изгиб возможен у тех
профилей, у которых центр тяжести поперечных сечений
активных зон параллельных швов лежит на одной из
главных центральных осей инерции поперечного сечения
профиля (тавровые и двутавровые балки, балки коробча-
того сечения и другие с центральной осью инерции, явля-
ющейся осью симметрии поперечного сечения профиля и
одновременно осью симметрии расположения сварных
швов).
При нагреве продольной полосы сокращается длина
верхних волокон и создается изгибающий момент, кото-
рый по мере этого сокращения, будет выравнивать ниж-
ние волокна.
28
Определение размеров полосы нагре-
ва. В качестве формы нагрева выберем полосу нагрева
на выпуклой стороне полосы, как это показано пункти-
ром на рис. 8. Действительно, нагрев в виде полосы вызо-
вет в пластическом состоянии сокращение длины верхних
волокон, а затем после остывания, появление сил растя-
h «
жения, действующих на плече, равном -%, и образующих
момент, выравнивающий полосу. Для решения этой за-
дачи применим следующую методику !.
Рис. 8. Правка изогнутой полосы продольной полосой
нагрева.
Определим зоны активных напряжений в и режим
правки, который необходимо применить для того, чтобы
получить зону таких размеров. Стрела прогиба f была
получена в результате действия момента М.
Момент можно определить из формулы:
. _ М • I1 2
7	8£7 ’
где I — длина полосы;
Е — модуль упругости;
/ — момент инерции.
С другой стороны момент равен:
л. р h
М —
(О
(2)
2
где h — ширина полосы;
Р — усилие, которое необходимо приложить для вы-
равнивания полосы.
1 И. П. Т р о ч у н. Приближенное определение зоны активных
напряжений при сварке. Журн. «Автоматическая сварка», 1954, № 2.
29
Это усилие определим из формулы:
Р = вт -Ь-8,	(3)
где от — предел текучести, кг[см2;
Ь — ширина зоны активных напряжений, см;
8 — толщина полосы, см.
Момент инерции полосы:
Подставляя (2), (3) и (4) в (1) получим:
Зот • Ь • I2
~ 4Eh2
В нашем случае f — стрела прогиба известна, следо-
вательно, можно определить из (5) Ь:
. ^Eh2f
b=3^~F-
Определение температуры и способа
нагрева. Опытом установлено, что при правке наи-
более рационально применять нагрев до температуры
800—850° С. Правке нагревом можно подвергать все
углеродистые стали с содержанием углерода не выше
0,27 процента, имеющие достаточное удлинение. Если
в стали содержится повышенное количество углерода, то
править ее следует лишь в особых случаях, ведя нагрев
и охлаждение с небольшой скоростью.
Обычно нагрев при правке осуществляется ацетилено-
кислородным пламенем или его заменителями: керосино-
кислородным, природным газом в смеси с кислородом
и др.
Определение размеров «клина нагре-
в а». «Клин нагрева» является наиболее распространен-
ной формой нагрева при правке.
Пользуясь нагревом в форме клина, можно выправить
любую пространственную конструкцию. Поэтому необхо-
димо в зависимости от величины деформации конструк-
ции выбрать такие размеры этой формы нагрева, чтобы
в результате правки получить изделие без короблений.
Определение размеров клина нагрева показано на
30
примере составления технологического процесса правки
местным нагревом сварной тавровой балки (рис. 6,а).
Согласно приведенной методике составления техноло-
гического процесса правки вначале выбираем форму
нагрева. Наиболее удобной и выгодной формой нагрева
для тавровой балки является «клин нагрева». Если вели-
чина деформации значительна, то можно применить
несколько «клиньев нагрева». Нагрев можно делать так-
же по поперечному сечению горизонтального пояса тавра.
Это необходимо для того, чтобы горизонтальный пояс,
нагретый в этом сечении до пластического состояния, не
оказывал сопротивления выпрямлению тавра.
Затем выбирается режим нагрева. В данном случае
необходимо осуществить режим нагрева, при котором
весь клин будет одновременно нагрет газово-кислород-
ным пламенем до температуры 800—850° С. Одновремен-
ность должна достигаться достаточной мощностью и
конструкцией горелок.
Далее определяются размеры «клина нагрева»
(рис. 6, а). Для этого достаточно знать длину его осно-
вания /о см, которую можно найти следующим образом.
При деформации тавра нижние его волокна сократи-
лись, а верхние удлинились. Выправить балку можно
будет, если уравнять длину верхних и нижних волокон,
то есть уменьшить длину верхнего волокна на величину
укорочения нижнего Л, которая равна А = 4— Л,
где /1 — длина нижнего, см\
/2 — длина верхнего волокна, см.
Это укорочение А должно осуществиться после осты-
вания клина с основанием, равным по длине /0. нагретым
до температуры пластического состояния.
При нагреве и остывании клина в нем происходят
следующие процессы: при нагреве волокна клина, на-
ходящиеся в пластическом состоянии, удлиняясь и встре-
чая преграду в виде холодных участков, «подсажи-
ваются». Волокна, проходящие через основание клина,
испытывают пластическую деформацию А /0, равную
AZ0 — ос Тпл. 4,
где ос — коэффициент линейного расширения стали, 1°/С;
Тпл — температура нагрева до пластического состоя-
ния, °C.
Если бы в момент начала остывания этот клин выре-
зать, затем снова вставить на место, то после остывания
31
по его граням образовались бы зазоры в виде треуголь-
ников с основаниями, равными
д /
(рис. 6, в). В дей-
ствительности волокна клина, сокращаясь, встречают
противодействие холодных участков тавра, сближают их,
но, обладая пластическими свойствами в холодном со-
стоянии, несколько удлиняются. Напряжения в этот
момент равны пределу текучести. Удлинение происходит
за счет волокон клина и тавра. Изобразим это удлинение
графически в виде заштрихованных треугольников. Сле-
довательно, укорочение волокна тавра после нагрева на
нем участка длиной /0 произойдет не на аТпл/о» а на
аТшЛц — х, х — сумма пластических удлинений, про-
исходящих в холодном металле под воздействием напря-
жений растяжения, по величине равных пределу теку-
чести.
Таким образом, для того чтобы осуществить укороче-
ние волокна, равное А, необходимо /о — определить из
уравнения:
Д = а Тпл10 — х,	(1)
где х — пластическое удлинение волокон под воздействи-
ем предела текучести.
Допустив, что связь между волокнами по поперечному
сечению балки не влияет на величину деформации и что
удлиняется только металл клина, а не тавра, опреде-
лим х из уравнения:
от = Е	(2)
‘о
или
х —	— Ет	(^)
подставив (3) в (1), получим:
А = а Тпл1й — ет 10,	(4)
определим из (4) 10:
1й =	•	(5)
а / пл — £Т а / пл — £т
Практически установлено, что из условий одновремен-
ности нагрева выгоднее всего разогревать клинья с осно-
32
ванием длиной /0=8 см. Тогда число клиньев п, которые
нужно разогреть на тавре, будет равно:
п — Л — А
8“8(«Гш-ет) 8(аТпл-ет)-
Не всегда бывает удобно измерять укорочение балки,
поэтому лучше определение вести по стреле прогиба, ко-
торую проще измерить.
Стрела прогиба приближенно определится из подобия
треугольников АСЕ и OCOi (рис. 6, в).
Д=4у	(7)
или, подставив (7) в (6), получим:
hf
П	2/(аТпл—ет) ’
где / — длина, ah — высота балки.
Влияние предварительной упругой де-
формации. Иногда величина сил растяжения, возни-
кающих в конструкции после местного нагрева, недо-
статочна для выправления конструкции, тогда применя-
ют предварительную упругую деформацию конструкции.
Предварительная деформация осуществляется дополни-
тельным нагружением конструкции с помощью грузов и
в специальных приспособлениях. Предварительная упру-
гая деформация конструкции оказывает двоякое действие
на процесс правки местным нагревом: она увеличивает
температурный интервал пластических деформаций сжа-
тия и силы растяжения, действующие в конструкции
после ее охлаждения.
Увеличение температурного интервала пластических
деформаций сжатия и величины этих деформаций легко
доказать следующим образом. Пусть стержень (рис. 9, а)
закреплен в жестких опорах в сжатом состоянии. Его
объем при сжатии сокращен на величину OO'NN', и в нем
возникнут напряжения о0. Будем нагревать в стержне
объем АА'ВВ'. Процессы опишем с помощью диаграм-
мы о — Т (рис. 9, б), из которой видно, что при нагрева-
нии напряжения в стержне будут возрастать и достигнут
предела текучести при меньшей температуре, чем в пре-
3 4-2161
33
дыдущем случае (рис. 5,6), то есть интервал пластиче-
ских деформаций будет больше.
Увеличение напряжений после остывания при дей-
ствии предварительной упругой деформации легко дока-
зать на следующем примере. Создадим нагрузку на
изогнутую полоску силой Р, под действием которой в
нижней части полосы возникнут напряжения растяже-
ния, а в верхней — напряжения сжатия. Также направле-
ны напряжения, возникшие после нагрева и остывания
выпуклой кромки полосы при правке. Будучи одинаково
направленными, эти напряжения суммируются, и, следо-
вательно, усилия, выправляющие полосу, увеличиваются.
Рис. 9. Влияние предварительной деформации.
Влияние продолжительности нагрева
и повторных нагревов на эффективность
правки. При определении режима правки необходимо
точно указать, каким образом продолжительность нагре-
ва влияет на эффективность правки. Установлено, что
время выдержки мало влияет на остаточную кривизну
образца. В начале кривизна несколько увеличивается, а
затем снижается. Можно предположить, что причина
подобного явления будет в следующем. Увеличение вре-
мени, в течение которого происходит пластическое сокра-
щение длины волокон выпрямляемой конструкции, долж-
но было бы привести к увеличению этого сокращения. Но
увеличение выдержки ведет также к уменьшению разно-
сти температур между нагретыми и холодными участками
34
из-за теплопроводности. Поэтому уменьшается величина
пластического сокращения волокон.
При правке местным нагревом замечено, что пос-
ле повторного нагрева места на конструкции эффект
правки меньше, чем при первоначальном нагреве.
Причиной такого явления является, по-видимому, то,
что после первого нагрева и остывания конструкция ос-
тается под воздействием остаточных напряжений растя-
жения, равных по величине пределу текучести, а, как из-
вестно, после нагрева деформации конструкции, подверг-
нутой предварительному растяжению, будут меньше,
чем конструкции, в которых нет напряжения растяжения.
Поэтому повторять нагревы одного и того же места
несколько раз не следует.
ПРИМЕРЫ ПРАВКИ МЕСТНЫМ НАГРЕВОМ
С помощью приведенных ранее теоретических пред-
посылок возможно составить и осуществить, технологи-
ческий процесс правки любых сварных койструкций.
Рис. 10. Методы правки местным нагревом основных про-
филей проката:
а — правка угольников; б — правка швеллеров.
Рассмотрим примеры правки местным нагревом наи-
более распространенных типов проката и сварных кон-
струкций.
На рис. 10 показаны методы правки основных про-
филей проката с помощью нагрева в форме клиньев.
3*
35
Угольник (рис. 10, а, слева), если он изогнут, как по-
казано пунктиром, необходимо нагреть по горизонталь-
ной полке. Место нагрева выбирается там, где волокна
растянуты более всего, то есть примерно на середине
длины угольника. Нагрев следует вести клином начиная
от внутренней стороны вертикальной полки и расширяя
клин по направлению к кромке горизонтальной полки.
Нужно следить, чтобы обязательно была прогрета
кромка.
Если угольник (рис. 10, а, справа) изогнут так, что
растянуты волокна вертикальной полки, необходимо го-
ризонтальную полку нагревать клином, чтобы его верши-
на находилась на кромке, а расширялся бы он по на-
правлению к вертикальной полке, которую нужно нагре-
вать прямоугольником по всей ширине, как показано на
рис. 10, а.
Выбор места нагрева производится так же, как и
в первом случае.
Швеллер (рис. 10,6, слева), изгиб которого показан
пунктиром, нужно править, нагревая одновременно обе
горизонтальные полки клиньями. Нагрев начинают от
вертикальной стенки и ведут, расширяя клин по направ-
лению к кромкам горизонтальных полок. Швеллер, де-
формированный серповидно (рис. 10,6, средний), нагре-
вают по горизонтальной полке клином. Начинать нагрев
надо от вертикальной полки с наименее растянутыми
волокнами, расширяя клин по направлению ко второй
вертикальной полке. Эту полку нужно нагреть прямо-
угольником, как показано на рис. 13, б.
В случае, когда растянуты волокна вертикальной
полки (рис. 10,6, справа), обе горизонтальные полки
нагревают одновременно клиньями, начиная от кромок
горизонтальных полок и расширяя клинья по направле-
нию к вертикальной стенке, которую нагревают прямо-
угольником.
Рассмотрим способ правки сварной балки двутавро-
вого сечения (рис. 11). Поскольку такая балка после
сварки испытывает сложную деформацию, то ее необхо-
димо расчленить на простые, последовательно устра-
няемые деформации согласно разработанной методике.
Следуя этому положению, расчленим сложную дефор-
мацию балки на простые. При сварке такие балки
36
обычно деформируются следующим образом. Верхняя
полка деформируется грибовидно, то есть изгибается
краями вниз, а нижняя также только краями вверх. Вся
балка изгибается в вертикальной и горизонтальной по-
верхностях.
Правку конструкции необходимо начинать с полок.
Для этого верхняя полка нагревается сверху полосой
вдоль балки, как показано пунк-
тиром на рис. 11, а. Затем такой
нагрев повторяют для нижней
полки. Выправив полки, их пра-
вят в вертикальной плоскости
(рис. 11,в). Для этого, предпола-
гая, что полка расположена вы-
пуклостью вверх, начинают на-
грев клиньев вертикальной стенки
от нижней полки, расширяя клин
по мере приближения к верхней
полке. Верхнюю полку нагревают
прямоугольником.
Исправив прогиб в вертикаль-
ной плоскости, устраняют серпо-
впдность в горизонтальной плос-
кости (рис. 11,6). Для этого одно-
временно нагревают клиньями
обе полки. Нагрев начинают от
вогнутой стороны и ведут, расши-
ряя клин, к выпуклой стороне, вер-
тикальную стенку нагревают пря-
моугольником.
Рассмотрим правку поддизель-
ной рамы дизеля ЗД100 (рис. 12).
Начиная правку, необходимо опре-
делить характер возникших де-
формаций. Обычно их можно раз- Рис „ п св й
дожить на следующие простые двутавровой балки,
деформации: прогиб рамы вокруг
линии I—I. Конец рамы перемещается по направлению
стрелок а—а на расстояние 25 мм; сдвиг внутрь стенок
по направлению стрелок в—в на 7—8 мм; винтообраз-
ность рамы — углы рамы перемещаются по направлению
стрелок в—в на 10 мм.
37
Эти деформации устраняют последовательно мест-
ным нагревом, применяя усиления действия сил растяже-
ния сосредоточенной нагрузкой.
Рис. 12. Правка поддизельной рамы дизеля ЗД100.
Правку рамы ведут на плите. Вначале устраняют
изгиб вокруг линии /—I. Для этого раму поворачивают
на 180°, опирают на плиту задними концами поддержи-
вающих швеллеров. Под передний конец рамы устанав-
ливают опоры так, чтобы зазор между поверхностью
швеллеров и плитой был равен величине деформации.
Затем на середину рамы устанавливают груз Юти
нагревают одновременно горизонтальные полки двух
швеллеров прямоугольниками, а вертикальные «клинья-
ми нагрева». После остывания снимают груз. Винто-
образность устраняют, не меняя положения рамы. Опо-
ры размещают под опущенными концами по диагонали
рамы. Нагружают раму грузом 10 т, располагая его по
поперечной оси рамы. Затем по другой диагонали нагре-
вают поперечные швеллеры: вертикальные полки —
клиньями, горизонтальные верхние — прямоугольника-
ми, как показано на рис. 12. После остывания и удале-
ния груза деформация будет установлена.
38
Сближение стенок по линии б—б устраняется нагре-
ванием стенок кронштейнов обоих поддерживающих
швеллеров.
Устранение деформаций правкой местным подогре-
вом на конструкциях, подобных поддизельной раме,
показывает преимущества этого способа. Применение
какого-либо другого способа потребовало бы больших
капитальных затрат на приобретение мощных прессов.
Преимущества правки местным подогревом особенно
проявляются при создании опытных конструкций.
Применение технологических приемов этого вида
правки позволило отказаться от изготовления дорого-
стоящих трудоемких стендов и приспособлений для свар-
ки несущего кузова тепловоза ТЭ-10 (длина кузова
17 м), а это сократило во много раз время на подготовку
производства и дало возможность изготовлять несущий
кузов параллельно проектированию. Все элементы кузо-
ва сваривались на плитах в незакрепленном состоянии,
а затем доводились до прямолинейности правкой мест-
ным подогревом.
Например, рассмотрим процесс правки продольной
балки рамы тепловоза (рис. 13).
После сварки на балке были следующие деформа-
ции: плавный прогиб в направлении стрелок АА, дости-
гающий 70 мм, серповидность в направлении стрелок
АА, равная 85 мм.
Благодаря наличию плавного перехода, оказалось
возможным устранить обе деформации одновременно.
Это было достигнуто 16 последовательными нагревами,
которые велись от середины балки одновременно в обе
стороны. Площадь нагрева уменьшалась по направле-
нию к концам балки и по конфигурации представляла
два клина, соединенные основаниями.
Универсальность правки местным нагревом и осо-
бенно возможность применения ее при устранении слож-
ных деформаций на уникальных сварных конструкциях
подтверждается примером правки блока тепловозного
дизеля.
Необходимым условием для работы дизеля является
перпендикулярность поперечных вертикальных листов
к основной поверхности, проходящей по внутренней по-
верхности нижних горизонтальных листов. Эта плоскость
является базовой при механической обработке блока,
39
и поэтому относительно нее обрабатывается плоскость
опоры, выбранной в качестве технологической базы при
расточке блока под гильзы и сверления отверстий
в верхних и нижних торцах опор для шпилек, крепящих
крышки опор.
В случае неперпендикулярности вертикальных листов
к основной плоскости блока возникает смещение опор
относительно базовой опоры. Поэто-
му при рассверливании отверстий
под шпильки расстояние от края от-
верстия до базовой поверхности
опоры может получиться меньше до-
пустимого, а это снижает проч-
ность блока. Соблюдение за-
данного расстояния от края
отверстия до боковой
поверхности опоры обе-
спечивается жестким
допуском на перпенди-
кулярность вертикаль-
Рис. 13. Правка продольной
балки тепловоза ТЭ-10.
ных листов к основной поверхности, составляющем на дли-
не вертикального листа не более 1,5 мм. Нарушение перпен-
дикулярности вертикального листа происходит во время
сварки блока и колеблется в пределах 0,5—2 мм. Един-
ственно возможным способом исправления блока в этом
40
случае является правка местным нагревом. Поскольку
блок жесткая конструкция, усилие правки должно дости-
гать больших величин. Поэтому применяется правка
местным нагревом с предварительной упругой дефор-
мацией.
Блок укладывается в горизонтальное положение (рис.
14). В промежутки между вертикальными листами уста-
навливаются два домкрата 1, которые разводятся с та-
кой силой, чтобы вызвать упругую деформацию в пере-
мычке опоры. Для правки применяется форма нагре-
ва — «клин нагрева».
Рис. 14. Правка блока местным нагревом.
Два «клина нагрева» 2 и 3, расположенные, как
показано на рисунке, нагревают одновременно. В тече-
ние нагрева домкраты разводятся дополнительно до
такой степени, чтобы величина предварительной упругой
деформации не уменьшалась. После прекращения нагре-
ва происходит остывание блока. Домкраты снимают,
когда .температура блока достигает температуры окру-
жающей среды. При такой правке деформации устра-
няются полностью.
Для нагрева при правке используют сварочные
горелкн, керосинорезы обычного типа и специальные
горелки.
НИИТС МПС сконструирована многосопловая аце-
тйлено-кислородная горелка, позволяющая производить
концентрированный быстрый нагрев полосы до 80 мм.
При правке используют наконечники № 4, 5, 6, 7.
ПРАВКА тонколистовых КОНСТРУКЦИЙ
Правка тонколистовых сварных конструкций отли-
чается от правки сварных конструкций других типов.
Объясняется это тем, что в тонколистовых конструкциях
41
приходится устранять деформации, выпучины или хло-
пуны, возникшие вследствие потери устойчивости листов
обшивки. Это и определяет основную цель правки —
обеспечить сокращение поверхности выпучины настоль-
ко, чтобы поверхность обшивки вновь стала плоской и
приобрела необходимую устойчивость.
Сокращение поверхности достигается применением
правки местным нагревом. Правка тонколистовых кон-
струкций местным нагревом осуществляется с помощью
ацетилено-кислородной горелки. Она основана на при-
менении ранее описан-
ного способа симмет-
ричного нагрева.
Сущность процесса
правки следующая. На-
гретое на листе до
пластического состоя-
Рис. 15. Увеличение толщины пят-
на нагрева после остывания.
ния пятно, расширяясь,
встречает противодействие холодных участков металла,
претерпевает пластическую деформацию сжатия и, со-
храняя свою площадь, увеличивает толщину. Охлаж-
даясь, нагретое пятно сжимается. Этому сжатию проти-
водействуют холодные участки. Появляются напряжения
растяжения, достигающие предела текучести. Под воз-
действием этих напряжений холодные участки растяги-
ваются. Если на них имеются выпучины, то они сглажи-
ваются. Наблюдениями установлено, что местное утол-
щение листа в районе разогрева участка, вызванное
подсадкой металла при разогреве, после охлаждения
полностью не рассасывается. Это приращение объема
компенсируется вытягиванием в радиальном направле-
нии ближайших кольцевых зон, получающих таким обра-
зом некоторое уменьшение толщины. Такие изменения
легко обнаружить по просветам, приложив к поверхности
линейку (рис. 15).
Определение истинных длин дуг и площадей искаже-
ний в результате деформаций на тонколистовых кон-
струкциях весьма сложно. Поэтому общеприняты сле-
дующие допущения:
Все участки, у которых соотношение размеров основа-
ния (рис. 16)	= \
4-1,3 считаются частью шаровой
42
L
поверхности, а если -^->1,3, то частью цилиндрической
поверхности.
Излишек площади металла, который пойдет на под-
садку, чтобы ликвидировать искажение, определяется как
разность площадей поверхности выпучины и площади ее
основания:
AF=F1-F2,	(1)
где Д F — площадь подсадки;
Fi — площадь поверхности выпучины;
Fz — площадь основания выпучины.
Для бухтин цилиндрической формы:
ДДЦ =SL — BL=L(S — В).	(2)
Рис. 16. Схема расположения размеров выпучины.
Выразим S приближенно:
5 =	+	-	(3)
подставим (3) в (2), тогда:
43
Для сферической бухтины:
Д/?га=-^(^ + 4Р)-к^у	(4)
или
ДЛп = л/2.
Рассмотрим действие на лист одного пятна, нагретого
до пластического состояния (рис. 17). Сделаем допуще-
ния о непроницаемости для тепла границы между нагре-
тым пятном и холодным металлом, тогда соответственно
изложенному выше, получим:
Д гн = гн (а Гпл — Ет ),	(6)
где Дгн — уменьшение радиуса нагретого пятна под воз-
действием пластических деформаций, см;
гн — радиус нагретого пятна, см.
Рис. 17. Действие пятна на лист.
Площадь сокращения в результате нагрева ДГ листа
будет равна:
ДГ —пгн 2 —п(гн — Д гн )2.	(7)
Подставив (6) в (7), получим:
F — лгн — л[гн —- гн (а Тпл — ет ) ]2	(8)
или
F = лГн[2 (а Тпл - е, ) - (аТпл - ет )»].	(9)
Тогда для определения количества пятен нагрева не-
обходимо (3) и (5) разделить на (9):
тсГн[2(аТпл — ет ) — (аТпл — ет )2]
(Ю)
«т —	2	,	'	>
тсгн[2(аГпл — Ет ) — (а/пл — Ет П
где Пц — число пятен на цилиндрической;
пт — иа сферической бухтине.
Рекомендуемая схема нагрева приведена на рис. 18.
Правка нагревом
ацетилено-кислородным
пламенем имеет ряд не-
достатков: много рас-
ходуется дорогостоя-
щего карбида-кальция
или его заменителей и
кислорода; теряется
устойчивость листа в
нагретом пятне из-за
невозможности нагрева
этим способом пятна
небольшого размера;
правка открытым пла-
менем опасна для рабо-
тающих в узких замк-
нутых отсеках; длитель-
ность нагрева до плас-
тического СОСТОЯНИЯ; рис 18 Рекомендуемая схема
перепад температуры	нагрева,
от нагретого к негрето-
му участку происходит постепенно; необходимо допол-
нительное охлаждение, увеличивающее величину под-
садки металла и ускоряющее процесс правки.
Учитывая недостатки правки тонколистовых конструк-
ций с помощью ацетилено-кислородного пламени, автор
разработал более совершенные приемы, ускоряющие и
удешевляющие процесс правки. Такими приемами яв-
ляется правка тонколистовых конструкций с помощью
нагрева электрическим током.
45
ПРАВКА тонколистовых КОНСТРУКЦИИ
ПИСТОЛЕТОМ С ГРАФИТОВЫМ ЭЛЕКТРОДОМ
Недостатков, присущих способу правки местным на-
гревом с помощью ацетилено-кислородного пламени, не
имеет разработанный автором способ правки пистолетом
с графитовым электродом (рис. 19).
Преимущества этого способа правки в следующем:
пятно нагревается до пластического состояния быстро.
Это уменьшает зону теплообмена между горячим пятном
и холодными участками и увеличивает пластическую
деформацию сжатия благодаря четко выраженной гра-
нице между теплыми и холодными участками; появ-
ляется возможность точного регулирования диаметра на-
греваемого пятна, чем достигается высокое качество
правки; снижается стоимость процесса из-за меньшей
стоимости электрической энергии в сравнении со стои-
мостью ацетилена и кислорода, затрачиваемых для прав-
ки, и меньшей трудоемкости в связи с ускорением
процесса.
Пистолет с графитовым электродом устроен следую-
щим образом: в отверстие сварного корпуса вставляют
графитовый электрод 4, закрепляемый винтом 2. Дав-
ление винта распределяется по поверхности электрода
стальной пластиной 5. Электрический ток подводится
к пистолету проводом. Для включения и выключения тока
в ручке пистолета предусмотрена кнопка, управляющая
работой контактора. Электрическая схема подключения
пистолета показана на рис. 20.
Нагревают точки на изделии так: изделие заземляют,
затем включают понижающий трансформатор, питающий
катушку контактора, после этого графитовый электрод
пистолета плотно прижимается к изделию. Заостренный
по радиусу конец электрода позволяет получить неболь-
шое пятно нагрева и увеличить плотность тока. Нажимом
кнопки включают контактор, цепь первичной обмотки
сварочного трансформатора замыкается, и рабочий ток
проходит через контакт электрод — изделие, нагревая на
нем круглое пятно диаметром 6—7 мм. Разработанным
пистолетом можно пользоваться только для правки ли-
стов толщиной 1—4 мм.
Очень важно правильно определить диаметр пятна.
Если разогреть пятно большого диаметра, то правящая
46

Рис. 19. Пистолет с графитовым электродом.
его способность окажется незначительной, так как про-
греваемый лист легко теряет устойчивость, выпучивается
и не получает необходимой подсадки. Пятно небольшого
диаметра создает высокие местные плоскостные напря-
жения и может вызвать разрушение листа.
Определение режима правки пистоле-
том с графитовым электродом. Получить на-
гревом пятно диаметром
6—7 мм можно только
обеспечив необходимый
режим. Для определения
режима воспользуемся
уравнением поля предель-
ного состояния для непре-
рывного нагрева тонкой
пластины линейным непо-
движным источником:
(1)
где q — мощность непре-
рывного источ-
ника разогрева,
кал[сек;
8 — толщина пласти-
Рнс. 20. Электрическая схема
подключения пистолета к элек-
тросети.
ны, см;
X— коэффициент теплопроводности, кал!см2 • сек-,
°С/см;
а — коэффициент температуропроводности, см21сек;
Ь — коэффициент температуроотдачи II сек;
Ко — функции Бесселя нулевого порядка от мнимого
аргумента второго рода;
г — радиус пятна, см;
Тг — температура пятна, °C.
Для определения режима нагрева найдем мощность
источника.
Из формулы (1) определим:
Т{  2гсХ8
Чч'«)'
(2)
48
Как известно, мощность источника равна:
q — Kjg  0,24ttg /,	(3)
где — эффективный к.п.д. нагрева изделия угольным
электродом равен 0,7;
«g — напряжение при нагреве, в.
Подставив уравнение (3) в (2) и решив новое урав-
нение относительно /, получим:
7\ - 2л • X . 8
0,24 . Ко( гл/ Tjg
' |/ а!
(4)
Сопоставление величины тока, полученной при реше-
нии уравнения (4), с величиной тока, полученной экспе-
риментально, показывает совпадение результатов.
Величина I тока, необходимого для нагрева точки
диаметром 6 мм до 600° С на листах металла рассматри-
ваемых толщин, определена по формуле (4) и подтвер-
ждена экспериментально (табл. 2).
Таблица 2
Ток для нагрева разных толщин металла
Толщина, мм	о,1	0.2	0,3	0,4
Ток, а	 .	• . .	280	360	470	710
Экспериментальная проверка влияния различных
форм нагрева на эффективность правки показала, что
наилучшей является схема расположения пятен нагрева,
представленная на рис. 18.
Обозначим: а — радиальное расстояние между пятна-
ми нагрева, мм; т — расстояние между пятнами нагрева
по окружности, мм.
L Значения а и т получены нами экспериментальным
Путем и сведены в табл. 3 и 4. Они определены в зависи-
мости от толщины металла 8, подвергаемого правке, и
набольшей стрелы прогиба искажения.
^^Определение количества пятен нагрева при выпучине
с,|^естным радиусом и стрелой прогиба произведено на
бф^ании полученных экспериментальных данных, а так-
4
!б!
49
же исходя из того, что суммарное сокращение площади
выпучины в результате сварочной деформации на тон-
колистовой конструкции равно сумме сокращений пло-
щадей от каждого пятна нагрева:
N о) + (/? — 2а) + • • • + [/? — а(с — Г)]
т
где N — количество пятен нагрева;
Л — радиус выпучины, мм\
а — радиальное расстояние между пятнами нагре-
ва, ММ',
т — расстояние между пятнами нагрева по окруж-
ности, ММ'
с — число окружностей расположения пятен нагрева
Таблица 3
Величина а в зависимости от толщины металла и стрелы прогиба
	Величина а при толщине металла,			ММ
Стрела прогиба, мм	1	2	3	4
5		45	40	34	30
8		35	32	28	25
10		25	23	20	18
Таблица 4
Величина т в зависимости от толщины металла и стрелы прогиба
Стрела прогиба, мм	Величина т при толщине металла, мм			
	1	2	3	4
5		35	32	30	26
8 			33	30	28	26
10 . .	. .	30	28	26	24
50
Неоднократное практическое применение приведен-
ных значений а и т полностью подтвердило их справед-
ливость. Было проверено совпадение числа пятен N, опре-
деленных экспериментально и теоретически. Расхождение
колеблется в пределах 15—30 процентов, что является
вполне удовлетворительным результатом при принятых
допущениях.
Практическое осуществление правки
пистолетом. Технологический процесс правки тонко-
листовой конструкции осуществляется следующим обра-
зом. Определив диаметр выпучины и наибольшую стрелу
прогиба, подбираем по таблицам значения для а и т.
На поверхности выпучины размечаем схему нагрева
(рис. 18). Отрегулировав величину тока, к каждой из
намеченных точек последовательно прижимаем графито-
вый электрод пистолета и включаем ток. После появле-
ния пятна светло-вишневого цвета (температура около
700—750° С) пистолет отключается.
Основное правило обращения с пистолетом заклю-
чается в следующем. Для того чтобы избежать оплавле-
ния от дуги, которое может возникнуть между графи-
товым электродом и поверхностью листа, необходимо
пистолет включить только после плотного прижатия его
к изделию и отключить до отвода его от изделия. При
нарушении этого правила между электродом и изделием
возникает дуга и поверхность изделия будет испорчена.
Скорость охлаждения велика для того, чтобы вызвать
интенсивное действие сил растяжения, так как точки на-
грева очень малы и быстро охлаждаются окружающим
ненагретым металлом. Необходимости в дополнительном
охлаждении, например сжатым воздухом, нет.
Правку начинают от центра хлопуна и ведут к пери-
ферии.
Описанный способ позволяет устранять сварочные
деформации тонколистовых конструкций и доводить про-
гиб листов до 1 мм на 1 м. Поверхность листов не повре-
ждается.
СОДЕРЖАНИЕ
Стр.
Правка.......... .......	5
Холодная правка ..................................... 6
Правка местным нагревом......................... ....	21
Примеры правки местным нагревом	35
Правка тонколистовых конструкций	 41
Правка тонколистовых конструкций пистолетом с графи-
товым электродом .	.	....................46
ВЕРЕТНИК
Лев Давидович
ПРАВКА СВАРНЫХ
КОНСТРУКЦИИ
Редактор Л. Н. Чмил ь
Технический редактор С. П. Андреев
Корректор А. Д. Фоменко
Подписано к печати 5/III 1966 г. Бумага
84 х IO8V32. № 1. Бум. лист. 0.813. Печ.
лист. 1,625. Усл.-печ. лист. 2,66. Уч.-изд.
лист. 2,54. Тираж 2000 БЦ 20500. Зак.
№ 4-2161. Цена 8 коп. Т. п. 1966 — 307.
Издательство «ПРАПОР».
Харьков, ул. Дзержинского, 3.
Харьковская облтнпографня Облуправлеиил
по печати. Харьков, Сумская ул.. 13,