13.5.4. Расчет углового (валикового) сварного шва

Угловые (валиковые) швы принято разделять на фланговые, расположенные параллельно действующей нагрузке, и лобовые, расположенные перпендикулярно нагрузке. На рис. 13.27 показаны лобовой 1 и фланговый 2 швы.

В зависимости от расположения шва имеются некоторые особенности их работы и расчета.

215

Рис. 13.27. Типы валиковых швов

Расчет флангового при нагружении усилием выполняется по касательным напряжениям среза, как показано на рис. 13.28.

Рис. 13.28. Расчетная схема флангового сварного шва

В связи с деформациями растяжения соединяемых деталей распределение напряжений по длине флангового шва неравномерное, как показано на рис. 13.28. Для уменьшения неравномерности распределения напряжений вводится ограничение длины фланговых швов , где — катет шва, как показано на рисунке. Вследствие этого при проверке прочности неравномерность распределения напряжений не учитывается.

216

Опасным сечением шва является сечение А–А, показанное на рис. 13.28, с минимальным размером. Для валикового шва, выполненного в виде равнобедренного треугольника, минимальный размер сечения будет равен . Практически принимают . Тогда условием прочности флангового шва будет:

.

Здесь — суммарная длина флангового шва; — допускаемое напряжение среза для сварного шва.

Расчет лобового шва при нагружении усилием рассмотрим на примере, показанном на рис. 13.29.

Рис. 13.29. Схема нагружения лобового шва

Для уменьшения влияния изгибающего момента от пары сил, приложенных к деталям, величину «нахлеста» в соединении рекомендуется принимать не менее . Тогда при проверке прочности влиянием изгибающего момента пренебрегают. Опасным сечением, как и для флангового шва, является показанное на рисунке сечение А–А с минимальным размером .

Напряженное состояние в опасном сечении рассмотрим на рис. 13.30.

Действующая в сечении нагрузка раскладывается на

217

Рис. 13.30. Схема сил в опасном сечении лобового шва

нормальную и тангенциальную , значения которых одинаковы и определяются по формуле

.

Под действием указанных нагрузок в сечении возникают напряжения:

.

Здесь — суммарная длина лобовых швов.

Условие прочности сварного шва должно иметь вид:

,

где — допускаемое напряжение растяжения для сварного шва.

После подстановке выражений для и и преобразований получим:

.

Как известно, , где — допускаемое напряжение среза для сварного шва. В этой связи с целью унификации расчетных зависимостей условие прочности приводится к виду:

.

218

Унифицированные зависимости позволяют выполнять расчет комбинированного шва, содержащего и фланговые, и лобовые швы, как показано на рис. 13.27. Условие прочности такого шва будет иметь вид:

.

Расчет валикового шва, нагруженного сдвигающим моментом, выполняется как приближенными методами, так и уточненными.

Приближенный метод расчета рассмотрим на примере, приведенном на рис. 13.31.

Рис. 13.31. Схема нагружения валикового шва моментом

При расчете используется принцип независимости работы элементов шва. При этом принимается, что касательные напряжения во фланговых швах направлены вдоль линии шва, как показано на рисунке. Это допущение справедливо при относительно небольшой длине фланговых швов. Кроме того, принимается, что катет шва значительно меньше длины лобового шва.

При принятых допущения усилие, воспринимаемое одной стороной фланговых швов, будет равно:

.

Момент, воспринимаемый фланговыми швами, будет равен:

.

219

Напряжения в лобовом шве распределяются аналогично напряжениям при изгибе, как показано на рис. 13.31. Тогда момент, воспринимаемый лобовым швом, будет равен:

.

Условие равновесия соединения имеет вид:

.

По условию неразрывности деформаций и напряжений (рис. 13.31) должно быть: . Тогда, подставив в уравнение равновесия выражения для и , получим:

.

Отсюда подучим условие прочности валикового сварного шва, нагруженного сдвигающим моментом:

.

Уточненный метод расчета валикового шва, нагруженного сдвигающим моментом, рассмотрим на примере, показанном на рис. 13.32.

Рис. 13.32. Схема нагружения комбинированного шва моментом

На рисунке точка О — центр тяжести сварного соединения, определяемый методами курса сопротивления материалов. Вычисляется полярный момент инерции сечения шва и устанавливается расстояние до точки, максимально удаленной

220

от центра тяжести. Проверка прочности сварного шва выполняется по максимальным касательным напряжениям по формуле

.

Расчет соединения, нагруженного силами и моментами, выполняется с использованием принципа независимости действия сил и моментов. При этом выбирается система координат с центром в центре тяжести сварного соединения (точка О), и все силы приводятся к осям координат, как показано на рис. 13.33.

Рис. 13.33. Схема сварного соединения, нагруженного

силами и моментом

В сварном шве возникают напряжения от действующих сил:

.

Напряжения от действующего момента можно определить по формуле:

.

Тогда условие прочности сварного шва будет иметь вид:

.

221

Если напряжения от момента вычислять по формуле

,

то максимальное напряжение среза следует определять также геометрическим суммированием напряжений , и .