Раздел 3 Соединение типовых деталей машин и аппаратов. Лекция 5. Сварные соединения

Любая конструкция состоит из соединенных между собой деталей.

Соединения делят на неразъемные и разъемные. Неразъемные соединения не допускают разборку и применяются для упрощения технологии изготовления элементов машин и аппаратов. К ним относятся, в частности, соединения сваркой, пайкой, заклепками. Разъемные соединения допускают разборку соединяемых деталей. К разъемным относятся резьбовые, шпоночные, шлицевые соединения.

Соединения элементов аппаратов должны обеспечивать прочность и жесткость конструкции, сохранение физических и химических свойств материала в местах сопряжения деталей.

В ряде случаев необходимо обеспечивать герметичность аппаратов.

Рассмотрим особенности некоторых соединений и вопросы их расчета.

Сварные соединения.

Сварные соединения – это неразъемные соединения, полученные

путем местного нагрева деталей до расплавленного состояния или до

пластичного состояния с применением механической силы. В настоящее время прочность сварных соединений доведена до прочности деталей из целого металла. Освоена сварка всех конструкционных сталей, цветных сплавов и пластмассы.

Общим исходным условием для сварных соединений является обеспечение равнопрочности шва и соединяемых деталей.

Р азличают следующие сварные соединения: стыковые, нахлесточные, тавровые, и угловые.

Стыковые соединения (рис.3.1) считают наиболее совершенными по сравнению с другими. В зависимости от толщины Ѕ свариваемых деталей швы делают без скоса кромок, V-образными, U-образными или Х-образными. Косой шов встык обеспечивает повышенную прочность соединения, не меньшую чем для целой детали.

В нахлесточных соединениях (рис.3.2) боковые поверхности деталей частично перекрывают друг друга. Выполняют их, как правило, угловыми швами нормального (рис.11а), облегченного(рис.11б), или улучшенного (рис.11в), типа. Вогнутые швы облегченного типа

п олучаются дополнительной механической обработкой швов. Поперечные размеры углового шва определяются длиной k катета треугольника.

В

Рис.2.4.

зависимости от расположения шва относительно направления нагрузки различают швы лобовые (рис.11г), фланговые (рис.11д) и комбинированные (рис.3.2е). Швы следует располагать так, чтобы они были нагружены равномерно и не вызывали изгиба соединяемых элементов. Поэтому сварку симметричных элементов следует производить симметрично расположенными швами. При проектировании сварки элементов несимметричных профилей, например, уголков, предполагается, что действующая сила F проходит через центр тяжести поперечного сечения уголка. В этом случае из уравнений равновесия соединения получаем (рис.3.3):

, ,

где F₁ и F₂ – нагрузки, действующие на швы; е₁ и е₂ – расстояния от центра тяжести сечения элемента до центров тяжести сечений швов.

В тавровых соединениях сопрягаемые элементы перпендикулярны или наклонны друг к другу. В зависимости от толщины привариваемой детали их выполняют – без подготовки кромок (рис.3.4а), с односторонней (рис.3.4б) и двусторонней(рис.3.4б,в), разделкой кромок. При автоматической сварке во всех случаях могут быть получены швы наилучшего качества с глубоким проплавлением .

В угловых соединениях (рис.3.4д) элементы расположены перпендикулярно или наклонно друг к другу и привариваются по кромкам.

Расчет сварных соединений. Допускаемые напряжения в сварных швах для отличия от соответствующих напряжений в целых деталях отмечают штрихом: , .

Стыковые швы рассчитываются по сечению соединяемых элементов без учета утолщения швов. При действии продольной силы F условие прочности имеет вид:

,

где s – толщина соединяемых деталей; l – суммарная длина сварного шва.

При совместном действии усилия F и момента М используют условие

.

Автоматическая сварка под флюсом обеспечивает равнопрочность соединений, выполненных стыковыми швами при работе на растяжение и сжатие. Отметим, что в химических аппаратах основные сварные соединения (сварка обечайки, соединение обечайки с днищами и т. д.) выполняют стыковыми швами электродуговой автоматической сваркой под флюсом, поэтому они расчету не подлежат.

Нахлесточные соединения с сечением швов в виде треугольника, как показывает эксперимент, разрушаются по биссектрисе h.

Расчет таких швов независимо от направления действующей силы F проводится по формуле:

,

где k – величина катета шва; l – длина шва.

Тавровые соединения, выполненные без подготовки кромок рассчитываются на срез по формуле

.

При сквозном проплавлении с подготовкой кромок расчет тавровых соединений ведут по формуле

.

Угловые соединения применяют преимущественно для передачи малых нагрузок и поэтому их обычно не рассчитывают.