3.2. Сварные соединения

Сварка – это процесс получения неразъемных соединений посредством установления межатомных связей между свариваемыми частями при их нагреве или пластической деформации, или совместном действии того и другого. Таким образом, сварное соединение – неразъемное. Неразъемность достигается за счет взаимной диффузии атомов металла свариваемых элементов.

Видов сварки довольно много, и каждая из них имеет свои конкретные области применения. Наиболее распространена электрическая сварка, которая делится на дуговую и контактную.

Сварное соединение является наиболее распространенным и совершенным из неразъемных соединений, т. к. лучше других приближает составные детали к цельным. Сварка позволяет соединять детали сложной формы, обеспечивает сравнительно бесшумный процесс и герметичность соединения. Проще обеспечиваются условия равнопрочности, снижения массы и стоимости изделия.

Металл соединяемых сваркой деталей называют основным, а металл, вводимый в сварочную ванну в дополнение к расплавленному основному, называют присадочным. Переплавленный присадочный металл называют наплавленным. Участок соединения, образованный в результате кристаллизации сварочной ванны, называют сварным швом.

В зависимости от расположения, различают лобовые и фланговые швы. Лобовой шов расположен перпендикулярно, а фланговый – параллельно линии действия нагружающей силы (рис. 3.3).

В зависимости от взаимного расположения соединяемых деталей различают швы стыковые, тавровые, нахлесточные, угловые.

Во многих случаях простым и надежным является стыковое соединение. Его применяют для сварки листов, полос, труб, уголков и других фасонных профилей.

3.2.1. Расчет стыковых сварных соединений

Основным критерием работоспособности сварных соединений является прочность (рис. 3.3, а). Принимаются следующие допущения:

• напряжения в опасных сечениях распределены равномерно;

• выпуклость шва д в расчете не учитывается.

Рис. 3.3. Схемы к расчету сварных соединений: а) – стыкового (соединение встык труб); б) – нахлёсточного (флангового)

Расчет производится по нормальным напряжениям растяжения или сжатия (в зависимости от направления действия нагрузки) по номинальному сечению соединяемых элементов. Расчетные формулы имеют следующий вид:

, ,

где δ – толщина соединяемых деталей;

L – длина шва, ;

[σ_р], [σ_с] – допускаемые напряжения металла шва на растяжение и сжатие. Принимают в зависимости от допускаемых напряжений на растяжение основного металла с учетом характера действующих нагрузок и принятой технологии сварки. Ориентировочно для стальных изделий при статической нагрузке:

,

где [σ_р] – допускаемые напряжения растяжения основного металла,

,

где [S] – допускаемый коэффициент запаса прочности;

[S]=1,35…1,70 – большие значения для легированных сталей;

σ_т – предел текучести основного металла.

В окончательном виде:

3.2.2. Расчет нахлесточных (фланговых) сварных соединений

Нахлесточное (фланговое) сварное соединение (рис. 3.3, б).

Принимаются следующие допущения:

• напряжения распределены равномерно по длине швов;

• момент пары сил F, ввиду малого плеча C, не учитывается;

• выпуклость шва д не учитывается.

Нахлесточные соединения выполняют угловыми швами. Основным геометрическим и расчетным параметром для таких швов является катет К. Если катеты сечения шва не равны, то для расчета принимают значение меньшего катета.

Расчет угловых швов производится по касательным напряжениям сдвига (среза) в опасном сечении 1-1 (по биссектрисе h прямого угла). Условие прочности запишется:

,

где h – высота опасного сечения шва, ;

[τ] – допускаемые напряжения металла шва на сдвиг для принятой технологии сварки. Для стальных конструкций ориентировочно принимают [τ]=(0,6…0,65) [τ_р];

[τ_р] – допускаемые напряжения растяжения основного металла.

В окончательном виде: