13.5.2. Дефекты сварных соединений, критерии их работоспособности и допускаемые напряжения
После выполнения операции сварки сварные швы могут иметь различные пороки — дефекты. Основными из них являются: непровар у основания шва — местное отсутствие сцепления между наплавленным и основным металлом (рис. 13.25, а); подрез — местное утонение соединяемого элемента у границы шва вследствие оплавления (рис. 13.25, б); смещение свариваемых кромок (рис. 13.25, в); газовые пузыри или шлаковые включения, пористость шва — зона 1 на рис. 13.25, г. В районе сварного шва из-за высокой местной температуры может произойти изменение механических свойств основного металла — появляется так называемая зона термического влияния — зона 2 на рис. 13.25, г.
Рис. 13.25. Дефекты сварных швов
Все вышеназванные пороки снижают прочность сварного соединения, особенно при переменных нагрузках, когда их влияние как концентраторов напряжений особенно велико. Разрушение сварного соединения, как правило, происходит в зоне термического влияния, т.е. вблизи сварного шва.
Основным требованием к сварным соединениям является условие равнопрочности сварного шва и соединяемых деталей. В некоторых отраслях машиностроения (судостроение, котлостроение и др.) требуется еще и герметичность. Однако, это требование должно выполняться технологически при изготовлении. В этой связи единственным критерием работоспособности сварных соединений, как правило, принимается прочность.
213
При расчете выбор допускаемых напряжений для сварных швов зависит от многих факторов:
от материала свариваемых деталей и электродов;
от типа шва и технологии его изготовления (ручная сварка, автоматическая сварка и т.п.);
от возможных дефектов в швах;
от характера нагрузки (статическая или переменная) и некоторых других факторов.
Допускаемые
напряжения для сварных швов при
статической нагрузке принято определять
в долях от допускаемых напряжений
растяжения
для основного металла соединяемых
элементов:
при растяжении
;при работе на срез
,
где
и
— коэффициенты прочности шва, учитывающие
его качество.
,
здесь
— допускаемая нагрузка для шва,
— допускаемая нагрузка для детали.
Коэффициенты
,
.
Действие переменных
напряжений и асимметрию цикла нагружения
учитывают при расчете допускаемых
напряжений специальным поправочным
коэффициентом
,
имеющем ограничение
.
,
где
,
— коэффициент
концентрации напряжений в сварном шве,
— коэффициент асимметрии цикла.
13.5.3. Расчет стыкового сварного шва
При расчете сварного соединения детали рассматриваются как
214
единое целое. Напряжения в сварном шве определяются по формулам, рассмотренным в курсе сопротивления материалов. Так, для сварного шва, приведенного на рис. 13.26, напряжения рассчитываются по зависимостям:
.
Условие прочности сварного шва будет иметь вид:
.
Здесь
и
— размеры сварного шва;
— допускаемое напряжение для сварного
шва, определяется характеристиками
материала свариваемых деталей и качеством
сварки.
Рис. 13.26. Расчетная схема стыкового сварного шва