1.2 Сварные соединения
Сварное соединение – неразъемное.
Оно образуется путем сваривания материалов деталей в зоне стыка, не требуя вспомогательных элементов.
Из всех видов сварки наиболее распространена электрическая. Различают два основных вида электросварки: дуговую и контактную.
Сварное соединение является наиболее совершенным из неразъемных соединений, т.к. лучше других приближает составные детали к цельным.
При сварном соединении проще обеспечиваются условия равнопрочности, снижения массы и стоимости изделия. Сварку применяют не только как способ соединения деталей, но и как технологический способ изготовления самих деталей(например корпусов).
Стыковое соединение
Стыковое соединение является наиболее простым и надежным. В зависимости от толщины соединяемых деталей соединение выполняют с обработкой и без обработки кромок, с подваркой и без подварки с другой стороны.
Стыковые соединения могут разрушаться по шву, месту сплавления металла шва с металлом детали, сечению самой детали в зоне термического влияния, где в результате нагревания при сварке изменяются механические свойства металла. Расчет прочности стыкового соединения принято выполнять по размерам детали в зоне термического влияния.
Рисунок 1 - Стыковое соединение
При расчете на растяжение
σ =F/А= F/(bδ)≤[σ /];
на изгиб
σ =М/W= δM/(bδ2)≤[σ /];
где b и d – ширина и толщина сварного участка; [σ/]- допускаемое напряжение для сварных соединений.
φ=[σ /]/[σ] – коэффициент прочности сварного соединения, φ = 0,9…1,0.
Для повышения прочности соединения применяют стыковые косые швы.
Рисунок 2 - Косой шов
Нахлесточное соединение
Нахлесточное соединение выполняется с помощью угловых швов. В зависимости от формы поперечного сечения различают угловые швы: нормальные, вогнутые и выпуклые. Более распространенные нормальные швы. Выпуклый шов является причиной концентрации напряжений, вогнутый шов снижает концентрацию напряжений, но требует дополнительной механической обработки.
а). Нормальный шов; б). Выпуклый шов; в). Вогнутый шов
Рисунок 3 – Типы угловых швов
Основные геометрические характеристики углового шва – катет k и высота биссекторного сечения нормального шва h=0,7k.
В зависимости от расположения швов относительно направления действующей силы, различают швы: фланговые, лобовые, и комбинированные.
Фланговый расположен параллельно линии действия нагружающей силы, лобовой шов- перпендикулярно. Обычно применяют комбинированные соединение фланговыми и лобовыми швами одновременно.
Расчет фланговых швов.
Рисунок 4 - Фланговые швы
Угловые швы рассчитывают по касательным напряжениям τ. Расчетным (опасным) является биссекторное сечение. По длине шва напряжения τ распределены неравномерно; неравномерность распределения напряжений возрастает с увеличением длины шва. Рекомендуют l≤50k. Расчет таких швов выполняют по биссекторному сечению m-m и среднему напряжению τ, а условия прочности записывают в виде
τ=F/(2l·0,7k)≤[τ/].
Если одна из деталей ассиметрична, то расчет прочности производят с учетом нагрузки, воспринимаемой каждым швом. Соблюдая условие равнопрочности нижнего и верхнего швов, их выполняют с различной длиной.
При этом напряжения в обоих швах
τ=F/[0,7k(l1+l2)]≤[τ/].
Рисунок 5 - Случай с ассиметричной деталью
Если соединение нагружено моментом (рис. 6), максимальные напряжения определяют по формуле.
Τ=Т/Wρ,
где Wρ – полярный момент сопротивления сечения швов в плоскости разрушения.
Для сравнительно коротких швов (l<b),максимальные напряжения можно определить по формуле:
τ=Т/(0,7k lb)≤[τ/].
Рисунок 6 - Соединение нагружено моментом