Большинство особо ответственных стальных конструкций и сооружений все еще обладают целым набором неразъемных соединений, получающихся методом сварки. В частности, это все большие автодорожные и железнодорожные мосты. Поэтому «монтажная сварка конструкций автомобиленодорожных, городских, совмещенных и пешеходных мостов (включая путепроводы, виадуки, эстакады), сооружаемых в любых климатических зонах», имеет широкое применение в Российской Федерации (СТП 005–97. Технология монтажной сварки стальных конструкций мостов). Сварка на медной и флюсо-медной подкладке является также весьма распространенным способом сварки.
Однако использование дорогостоящей меди при сварке больших по протяженности стальных конструкций зачастую нерационально. Поэтому возможность замены медной подложки на простую и дешевую являлась актуальной задачей. Кроме того, быстрое отведение тепла при использовании медной подложки не всегда оправданно в строительстве при экстремально низких температурах Сибири. Сама идея использования стеклянной подложки также весьма интересна с научной точки зрения, т. к. напряженно-деформированное состояние стыковых соединений вблизи и вдали от шва в значительной мере определяется тепломассопереносом и задача его тестирования и мониторинга актуальна и в научном плане.
Наибольшую опасность для нормальной работы неразъемных соединений при сварке создают напряжения. Сварочные деформации возникают от неравномерного нагрева изделия в процессе сварки и частично остаются в нем в результате усадки при остывании сварного шва и разогретого основного металла. При этом необоснованное использование подложек может привести к неоднородным распределениям напряжений и ухудшению работы конструкции. В связи с этим многими исследователями предлагаются самые различные способы и методы фиксирования как локальных, так и объемных напряжений вблизи и вдали от места сварки.
Исследования зарубежных ученых показывают, что значительные растягивающие напряжения (~ 90 % от предела текучести) распределены
вдоль центра шва вблизи верхней поверхности. Измерения остаточных напряжений по сравнению с расчетными на тех же местах с использованием конечно-элементного анализа, включающего в себя передовые в рамках нелинейной модели упрочнения, проведены в работе.
Распределение напряжений и их величины определяют разными методами. Например, неразрушающим ультразвуковым методом на основе продольных волн были количественно измерены остаточные напряжения в сварных соединениях. Измерения искажений проводились до и после сварки и для двух режимов – многопроходного и однопроходного. Пик остаточных напряжений и величины угловых искажений были ниже в сварном шве при многопроходной TIG сварке.
Очень важным представляется регулирование уровня остаточных напряжений, определяющих свойства сварных соединений. Поэтому для снятия остаточных напряжений в сварных швах используются различные методы. Одним из широко используемых методов является метод прокатки швов роликом. После такой обработки отмечается высокая усталостная прочность швов. Также используются вибрационные методы снятия напряжений. Вибрационное снятие напряжений может быть использовано для замены термообработки. Термообработка после сварки является традиционным методом снятия этих напряжений, но является дорогостоящим и трудоемким процессом. После вибрационной обработки определялись остаточные напряжения в сварном шве с помощью дифракции рентгеновских лучей, ультразвуковой техники и методов сверления.
Особенно перспективно направление измерения напряжений акустическим методом непосредственно в процессе эксплуатации. Кроме того, необходимо развитие простых, удобных и недорогих методов снятия этих напряжений частично или полностью.
Все эти исследования нашли применение в строительстве мостовых переходов в Томской области. Ведь до середины ХХ в. в металлических мостах основные соединения элементов проводились с использованием заклепок, т. е. металлоконструкции были клепаными. Последний железнодорожный мост с использованием клепаных соединений был построен в 60-е гг. через
р. Чулым в Томской области на железной дороге Асино – Белый Яр. Выполнение клепаных соединений требовало больших затрат, сдерживало темпы строительства. С середины ХХ в. произошла замена клепаных соединений в мостах на болтовые. Соединения на высокопрочных болтах дало возможность увеличить темпы монтажа пролетных строений и механизировать процессы сборки. В 60-е гг. ХХ в. в нашей стране активно разрабатывали и внедряли сварку металлоконструкций в промышленности. Учитывая возросший объем строительства автомобильных дорог и также строительство больших мостов, НИИ мостов совместно с Академией им. Е.О. Патона предложили использовать сварку металлических узлов не только на заводах при изготовлении элементов пролетных строений, но и при монтаже. Один из первых мостов с использованием сварных стыков был построен в Киеве – автодорожный мост через р. Днепр.
Применение сварки позволило значительно сэкономить металл на дорогостоящих метизах (болты, гайки, шайбы), уменьшить вес пролетных
строений, улучшить стыки на ортотропных плитах проезжей части, более качественно провести устройство дорожной одежды и гидроизоляции. Монтажная сварка стыков вначале применялась в условиях мягкого климата Европы и при положительной температуре наружного воздуха t > 0 °С. Но в 70–80-е гг. ХХ в. началось строительство внеклассных мостов в Сибири через реки Обь, Енисей и т. д., где необходимо было вести монтаж круглогодично и в зимнее время.
Необходимо было создать сварной равнопрочный стык, который обеспечивал бы надежную работу, с учетом сложной работы стыковых элементов в металлических мостах: динамических нагрузок, работы в температурных режимах от + 60 до – 60 °С, в экстремальных условиях. НИИ мостов совместно с ведущими специалистами Академии сварки им. Патона разработали материалы, оборудование и технологии для возможности ведения работы в экстремальных условиях. Так, при сооружении автодорожного моста через р. Обь
в с. Мельниково Томской области удалось отработать ручную, полуавтоматическую и автоматическую сварку на монтаже как в теплое время, так и в зимнее при отрицательных температурах. Именно на этом мосту применили автоматическую сварку с использованием крупки из сварочной проволоки с металлохимической присадкой TiO2, что позволило уменьшить количество проходов сварочного автомата. Сварку металла толщиной 12 мм осуществляли за один проход вместо двух, толщиной 16 мм – за два прохода вместо трехчетырех проходов и т. д. Опыт показал, что использование сварки в соединениях пролетных строений значительно ускоряет монтаж пролетных строений и позволяет вывести весь процесс на качественно новый уровень.
При строительстве моста через р. Чулым в районе г. Асино Томской области (рис) проводили сварку мостовых конструкций из стали 15ХСНД и 15 ХСНДА.
С полном текстом статьи Вы можете ознакомиться по ссылке https://vestnik.tsuab.ru/jour/article/view/36.