Тема 3. Сварные соединения
Основные вопросы темы
Общие сведения о сварных соединениях.
Способы получения сварных соединений.
Область применения сварных соединений.
Конструкции и расчет на прочность сварных соединений.
Прочность сварных соединений и допускаемые напряжения.
Основные положения темы:
Сварные соединения являются неразъемными. Они образуется путем сваривания материалов деталей в зоне стыка и не требует вспомогательных деталей. Из всех способов сварки наиболее распространена электрическая. Различают два ее основных вида: дуговую и контактную.
Электродуговая сварка основана на использовании тепла электрической дуги для расплавления металла. При контактной сварке при помощи электрического тока разогревается металл до пластического состояния в точке контакта, а затем детали сдавливаются и происходит сварка.
Сварное соединение является наиболее совершенным из всех неразъемных соединений, так как лучше других приближает прочность соединения к прочности цельной детали.
В настоящее время сварку применяют не только как способ соединения деталей, а так же как технологический способ изготовления самой детали. По сравнению с литыми деталями сварные допускают меньшую толщину стенки, что позволяет снизить материалоемкость изделия.
По конструктивному исполнению различают сварные соединения: встык, внахлестку, тавровые.
Соединение встык,
в зависимости от толщины соединяемых
деталей выполняется без обработки
кромок (толщина
до 8 мм), со скосом одной кромки (толщина
до 16 мм), со скосом двух кромок (толщина
до 40 мм).
Свариваются встык кроме листовых деталей также трубы, уголки, швеллеры и другие фасонные профили.
Соединения встык под действием нагрузок могут разрушаться по шву, по месту сплавления металла шва с металлом детали, по детали в зоне термического влияния. Практикой установлено, что при качественном выполнении сварки разрушение сварочного стыка происходит преимущественно в зоне термического влияния.
Расчет прочности сварного соединения встык принято рассчитывать по размерам опасного сечения детали в зоне термического влияния. Возможное снижение прочности деталей, связанное со сваркой учитывают при назначении допускаемых напряжений.
Расчет на прочность на растяжение:
.
Расчет на прочность на изгиб:
,
где
,
величина колеблется от 0,9 до 1,0.
При необходимости
повысить прочность соединения применяют
косые швы. Расчет на прочность производится
по формулам (4.1) и (4.2), при
.
Соединения внахлестку выполняют при помощи угловых (валиковых) швов. В зависимости от формы поперечного сечения различают нормальные, вогнутые и выпуклые угловые швы. Выпуклый шов образует резкое изменение сечения деталей в месте соединения, что является причиной повышенной концентрации напряжений. Вогнутый шов снижает концентрацию напряжений, поэтому рекомендуется при действии переменных нагрузок. Вогнутость шва обычно достигается механической обработкой, что увеличивает стоимость, поэтому основным типом является нормальный шов.
В зависимости от расположения различают лобовые, фланговые и косые швы.
На практике длина
фланговых швов ограничивается условием
,
где
величина катета шва (чаще всего равна
толщине привариваемой детали). Увеличение
длины шва приводит к возрастанию
неравномерности распределения нагрузки
по длине.
Расчет соединений внахлестку при нагружении силой в плоскости соединения осуществляется по напряжениям сдвига:
,
где
- суммарная длина всех швов.
Расчет соединений внахлестку при нагружении моментом в плоскости соединения осуществляется по напряжениям кручения:
.
Расчет соединений внахлестку при нагружении моментом в плоскости перпендикулярной плоскости соединения осуществляется по касательным напряжениям:
,
где
- ширина привариваемой детали.
Втавр соединяются элементы, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Соединение выполняется стыковым швом с разделкой кромок или валиковыми швами без разделки кромок. Основной нагрузкой для соединения втавр в большинстве случаев являются изгиб и кручение.
Прочность соединения для стыкового шва определяется:
Прочность соединения для валикового шва определяется:
.
При нагружении цилиндрической детали крутящим моментом в плоскости стыка:
,
где
- диаметр привариваемой детали.
Соединения точечной сварки работают преимущественно на срез:
,
где
- число сварных точек;
- число плоскостей среза.
Прочность сварного соединения зависит от основных факторов:
А) качества основного материала, определяющего его способность к свариванию;
В) совершенства технологического процесса сварки;
Г) характера действующих нагрузок.
Хорошо свариваются малоуглеродистые и среднеуглеродистые стали. Высокоуглеродистые стали, чугуны, цветные металлы и их сплавы свариваются хуже.
Значительно снижают прочность пороки сварки:
непровары и подрезы, шлаковые и газовые включения, скопления металла в местах пересечения швов. Эти дефекты являются основными причинами образования трещин как в процессе сварки, так и в процессе эксплуатации.
Эффективными мерами повышения прочности сварных соединений являются: автоматическая сварка под слоем флюса, сварка в среде защитных газов, термообработка сваренной конструкции, наклеп дробью и чеканка швов.