29. Сварные соединения. Расчет стыковых сварных швов.

Сварные соединения — наиболее распространенные неразъемные соедине­ния, так как: лучше других приближают составные детали к цельным; проще обеспечивают условие равно-прочности; снижают стоимость изделия благо­даря сравнительно малой трудоемкости процесса сварки; способствуют сравнительно небольшой массе конструкции (на 20...25% меньше клепаной); обеспечивает герметичность и плот­ность соединений; позволяют автоматизировать процесс.

В ряде случаев сварку можно использовать не только для соединения деталей, но и как технологический способ изготовления самих деталей (заме­нять литье и ковку).

В то же время сварные соединения: чувствительны к вибрации и удар­ным нагрузкам; подвержены короблению из-за нагрева; хуже свариваются, если детали выполнены из высокоуглеродистых сталей, чугуна, цветных металлов и др.

Стыковые соединения наиболее просты и надежны. Они имеют прочность близкую к прочности основного металла, обеспечивают наи­меньшую массу и концентрацию напряжений. В зависимости от толщины δ деталей сварку выполняют односторонним (рис. 16.13, а, б) или двухсторонним (рис. 16.13, в, г и д) швами, а при средних и больших толщинах в целях «провара» обрабатывают кромки, выполняя прямолинейные (рис. 16.13, б, в и г) или криволинейные (16.13, д) скосы.

При качественной сварке соединение разрушается преимущественно в зоне термического влияния, т. е. в при­легающем ко шву участке. Поэтому расчет стыкового соединения принято выполнять по размерам сечения детали в этой зоне.

Расчет стыкового шва, работающего:

н а растяжение

н а сжатие

на изгиб

на изгиб с растяжением

где F— растягивающая или сжимающая силы, Н; А — площадь расчетного сечения, мм²; М — изгибающий момент, Н • мм; W— момент со­противления расчетного сечения шва, мм³; [σ’_р] и [σ’_сж] - соответственно допустимые напряжения растяжения и сжатия, МПа .

30. Угловые сварные швы. Расчет лобовых и фланговых сварных швов, нагруженных силой и моментом.

Н ахлесточные соединения (рис. 16.14) выполняют с угловыми (валиковыми) швами, причем разделки кромок не требуется. В зависимости от располо­жения швов по отношению к действу­ющему на соединение усилию различа­ют лобовые (рис. 16.14, а), фланговые (рис. 16.14, б), косые (рис. 16.14, в) и комбинированные (рис. 16.14, г) швы.

По форме поперечного сечения швы бывают нормальными , выпуклыми , вогнутыми и в виде неравнобокого прямоугольного треугольника.

Применение выпуклых швов неце­лесообразно, так как при этом требует­ся больший расход наплавляемого ма­териала и может возникать значитель­ная концентрация напряжений. Во­гнутые швы снижают концентрацию напряжений, и их следует применять в конструкциях, подверженных перемен­ным нагрузкам. Однако вогнутая форма шва получается посредством механи­ческой обработки, что удорожает кон­струкции. В основном применяют швы нормального сечения. Катет шва к обычно равен толщине листа δ. В ма­шиностроительных конструкциях 3 << к< 20 мм. Все угловые швы рассчиты­вают на срез. Наиболее вероятно разру­шение шва по плоскости биссектрисы ab прямого угла (рис. 16.16). Высота шва h = kcos 45°= 0,7к, а площадь среза А_ср = 0,7kl, где l — длина шва.

При симметричном расположении угловых швов относительно линии действия растягивающей или сжимающей внешней силы принимают, что по всей длине периметра шва напряжение распределяется равномерно и условие прочности

г де [τ'_ср] —допустимое напряжение на срез.

В действительности напряжение по длине фланговых швов распределяется неравномерно. Поэтому длину флангового шва ограничивают значением l_ф≤50k

В случае асимметричного располо­жения швов относительно приложенной внешней силы (рис. 16.17), сварное cсоединение рассчитывают с учетом ее распределения по швам. Напряжения в соединениях, нагруженных моментом М (рис. 16.18) , распределяются по дли­не шва неравномерно. Расчет таких соединений зависит от соотношения длины швов l и расстояния между ними b . При 1>b (рис. 16.18, а) напряжение

где W_р — полярный момент сопротивления.

Для сравнительно коротких швов l< b (рис. 16.18, б) в инженерной прак­тике применяют приближенный расчет по формуле

П ри шве, расположенном согласно рис. 16.19, сварное соединение рассчи­тывают по выражению