47. Нахлестные сварные соединения.

Выполняется с помощью угловых швов.

В зависимости от формы поперечного сечения различают угловые швы: нормальные 1, вогнутые 2, выпуклые 3. На практике наиболее распространены нормальные швы. Выпуклый шов образует резкое изменение сечения деталей в месте соединения, что является причиной повышенной концентрации напряжений. Вогнутый шов снижает концентрацию напряжений и рекомендуется при действии переменных нагрузок. Вогнутость шва достигается обычно механической обработкой, которая значительно увеличивает стоимость соединения. Поэтому такой шов применяют только в особых случаях, когда оправдываются дополнительные расходы.

Основные геометрические характеристики углового шва — катет k и высота h для нормального шва h = k sin 45° 0,7 k. По условиям технологии принимают k = 3 мм, если толщина листа   3 мм. В большинстве случаев k = ;.

В зависимости от расположения различают швы лобовые, фланговые и косые.

Лобовой шов расположен перпендикулярно, а фланговый — параллельно линии действия нагружающей силы. Обычно применяют комбинированное соединение фланговыми и лобовыми швами.

В практике длину фланговых швов ограничивают условием l50k. Расчет таких швов приближенно выполняют по среднему напряжению, а условия прочности записывают в виде:

Здесь 0,7 k — толщина шва в сечении по биссектрисе m-m.

В тех случаях, когда короткие фланговые швы недостаточны для выполнения условий равно прочности, соединение усиливают прорезными швами (или лобовым швом). Условие прочности соединения с прорезным швом при k = ;

Если одна из соединяемых деталей асимметрична, то расчет прочности производят с учетом нагрузки, воспринимаемой каждым швом. Соблюдая условие равно прочности, швы выполняют с различной длиной так, чтобы

(5)

При этом напряжения в обоих швах

(6)

48. Нахлестные соединения. Особенности расчета при сложном виде нагружения. Тавровое соединение.

Е сли соединение нагружено моментом (рис. 9), то напряжения от момента распределяются по длине шва неравномерно, а их векторы направлены различно, а (напряжения пропорциональны плечам е и перпендикулярны им). Неравномерность распределения напряжений тем больше, чем больше l/b. В общем случае максимальные напряжения можно определить по формуле , где Wp — полярный момент сопротивления сечения швов в плоскости разрушения

Для сравнительно коротких швов (l <.b), распространенных на практике, применяют приближенный расчет по формуле

(8) При выводе этой формулы условно полагают, что напряжения направлены вдоль швов и распределены по длине швов равномерно (рис. 9, б).

Лобовые швы

Н апряженное состояние лобового шва неоднородно. Наблюдается значительная концентрация напряжений, связанная с резким

изменением сечения деталей в месте сварки и эксцентричным

приложением нагрузки. Основными являются касательные напряжения  в плоскости стыка деталей и нормальные напряжения  в перпендикулярной плоскости.

По методу, принятому в инженерной практике, лобовые швы рассчитывают только по .

За расчетное сечение, так же как и во фланговых швах, принимают сечения по биссектрисе m-m. Разрушение швов именно по этому сечению подтверждает практика.

При этом

Косой шов.

У словие прочности

(9)

Н а рис. 12 изображен случай, когда соединение лобовым швом нагружено моментом

При этом напряжения  по торцу полосы (см. риc. 10) распределяются подобно тому, как распределяются нормальные напряжения в поперечном сечении балки при изгибе. Переходя к ранее рассмотренному условному расчету лобовых швов по касательным напряжениям, получаем

(10)

К омбинированные соединения лобовыми и фланговыми швами рассчитывают на основе принципа распределения нагрузки пропорционально несущей способности отдельных швов. При этом для соединения, изображенного на рис. 13, получим

(11)

или

На рис. 14 показан случай, когда соединение нагружено моментом и силой. При расчете такого соединения значение касательных напряжений от момента T может быть определено по полярному моменту опасного сечения швов (рис. 15). В приближенных расчетах полагают, что сопротивление комбинированною шва равно сумме сопротивлений составляющих швов

Если учесть, что по условиям равно прочности необходимая длина фланговых швов в комбинированном соединении не превышает 0,5 , то можно применить формулу (7) для определения

Для определения используем формулу (10) и запишем

Место пересечения швов принадлежит и лобовому и фланговому швам. Здесь . Обозначая это напряжение Т, после подстановки и несложных преобразований получим

Напряжения в швах от действия силы F определяют по формулы (11). Обозначив эти напряжения F, получим суммарное максимальное напряжение

(14)

Оценивая нахлесточные соединения, отметим, что по форме и расходу материала они уступают стыковым соединениям, но не требуют обработки кромок.

Тавровое соединение, в котором элементы расположены во взаимно перпендикулярных плоскостях. Это соединение выполняют стыковым швом с разделкой кромок (рис. 16, а) или угловыми швами без разделки кромок (рис. 16, б). При нагрузке изгибающим моментом и силой прочность соединения определяют по формулам:

для стыкового шва (15)

для угловых швов (16)

П ри выводе формулы (16) учтено, что напряжения от момента Т м распределяются по длине шва аналогично напряжениям М в поперечном сечении балки. За расчетное сечение по-прежнему принято сечение по биссектрисе m – m

Н а рис. 16, 17 показано тавровое соединение трубы, нагруженное изгибающим и крутящим моментами. Напряжения и шве от крутящего момента

В уравнении (17) принято, что катет k шва мал в сравнении с d. При этом можно считать, что напряжения  распределены равномерно по кольцевой площадке разрушения шва, равной 0,7k  d, средний диаметр этой площадки dср= d +0,7k  d

Напряжения в шве от изгибающего момента

Здесь учтено, что для такого сечения W в два раза меньше Wр. Напряжения Т и М в сечении т - т (см. рис. 17) взаимно перпендикулярны. Поэтому суммарное напряжение