9.2. Стыковое соединение

Стыковое соединение (рис. 9.5) во многих случаях является наиболее простым и надёжным. Сваривают встык листы и полосы, а также трубы и уголки, швеллеры и другие фасонные профили.

Рис. 9.5. Напряжения в стыковом шве

А) При действии продольной силы F нормальное напряжение:

(9.2)

Б) При действии поперечной нагрузки Q возникает касательное напряжение:

(10.3)

В) При действии изгибающего момента М возникает нормальное напряжение, которое будет максимальным в наиболее нагруженной точке сварного шва А (в расчётной точке):

(9.4)

Г) При действии нагрузок F и Q в опасном сечении возникают нормальные и касательные напряжения, а приведенное нормальное напряжение в наиболее нагруженной точке сварного шва А определяют по энергетической теории прочности (четвёртой):

. (9.5)

При действии комбинированной нагрузки результирующее нормальное напряжение в стыковом сварном шве определяют по теории прочности.

Основная методика расчёта сварных соединений – проверочный расчёт с определением рабочих или приведенных напряжений в процессе решения прямой задачи. По его результатам делают вывод о достаточной или недостаточной прочности.

Пример 12. Проверить прочность стыкового сварного соединения (рис. 9.5) при постоянных нагрузках F = 16 кН и Q = 22 кН. Сварка ручная электродуговая. Ширина листа b = 52 мм, толщина листа  = 6 мм, марка материала – сталь 16ГС, марка электрода Э50.

Решение:

Допускаемое нормальное напряжение для стали 16ГС [σ] = 210 МПа (табл. 9.1), допускаемое нормальное напряжение для сварного шва для электрода Э50 (табл. 9.2) – формула (9.1):

[σ]ʹ = 0,9·210 = 189 МПа.

Нормальное напряжение от продольной силы F – формула (9.2):

МПа.

Касательное напряжение от поперечной силы Q – формула (9.3):

МПа.

Приведенное нормальное напряжение - формула (9.5):

МПа < [189 МПа].

Вывод: прочность достаточна.

Пример 13. Проверить прочность стыкового сварного соединения (рис. 9.5) при постоянной нагрузке М = 190 Н·м. Сварка ручная электродуговая. Ширина листа b = 42 мм, толщина листа  = 7 мм, марка материала – сталь 16ГС, марка электрода Э50А.

Решение:

Допускаемое нормальное напряжение для стали Ст3 [σ] = 140 МПа (табл. 9.1), допускаемое нормальное напряжение для сварного шва для электрода Э50А (табл. 10.2) [σ]ʹ = [σ] = 140 МПа.

Нормальное напряжение от момента М – формула (9.4):

МПа < [140 МПа].

Вывод: прочность достаточна.

9.3.Нахлёсточное соединение

Нахлёсточные соединения выполняют угловыми швами. Независимо от вида нагрузки расчёт угловых швов ведется по наиболее опасным касса-тельным напряжениям. Основной размер - катет шва k (рис. 9.6). Его обыч-но принимают равным толщине свариваемых листов при   10 мм либо меньше её. Опасное сечение направлено по биссектрисе прямого угла. Высо-та опасного сечения

. (9.6)

Шов называется лобовым, если он расположен перпендикулярно действию продольной силы F (рис. 9.6), и фланговым, если расположен ей параллельно. Комбинированные швы содержат лобовые и фланговые швы.

Рис. 9.6. Односторонний лобовой шов

В лобовом сварном шве (рис. 9.6) преобладающими являются касательные напряжения, которые приняты расчётными. При действии комбинации нагрузок касательные напряжения от каждой нагрузки определяют по формулам:

; (9.7)

; (9.8)

, (9.9)

где F – продольная сила, Н; Q – поперечная сила, Н; M – изгибающий момент, Н·мм; b – длина лобового шва (ширина полосы), мм; 0,7k – высота опасного сечения сварного шва, мм.

Результирующее напряжение определяют как геометрическую сумму касательных напряжений от различных нагрузок. Так, при действии нагрузок F и Q:

. (9.10)

При действии только одной нагрузки М расчётная формула (2.13) примет вид:

. (9.11)

Пример 14. Проверить прочность сварного соединения внахлёстку односторонним лобовым швом (рис. 9.6) при постоянных нагрузках F = 23 кН и Q = 32 кН. Сварка ручная электродуговая. Ширина листа b = 62 мм, толщина листа  = 8 мм, катет шва k = 6 мм, марка материала – сталь Ст5, марка электрода Э42.

Решение:

Допускаемое нормальное напряжение для стали Ст5 [σ] = 175 МПа (табл. 9.1), допускаемое касательное напряжение для сварного шва электродом Э42 (табл. 9.2) – формула (9.1):

[τ]ʹ = 0,6·175 = 105 МПа.

Касательное напряжение напряжение от продольной силы F – формула (9.7):

МПа.

Касательное напряжение от поперечной силы Q – формула (9.8):

МПа.

Результирующее касательное напряжение - формула (9.10):

МПа < [105 МПа].

Вывод: прочность недостаточна.

Пример 15. Проверить прочность сварного соединения внахлёстку односторонним лобовым швом (рис. 9.6) при постоянной нагрузке М = 250 Н·м. Сварка ручная электродуговая. Ширина листа b = 48 мм, толщина листа  = 10 мм, катет шва k = 8 мм, марка материала – сталь 09Г2, марка электрода Э42А.

Решение:

Допускаемое нормальное напряжение для стали Ст3 [σ] = 210 МПа (табл. 9.1), допускаемое касательное напряжение для сварного шва для электрода Э42А (табл. 9.2) [τ]ʹ = 0,65[σ] = 0,65·210 = 137 МПа.

Касательное напряжение от момента М – формула (9.9):

МПа < [137 МПа].

Вывод: прочность достаточна.