8) Конструкции и расчёт на прочность сварных соединений
Под сварными соединениями подразумевается технологическая операция, при которой получается неразъемное сочленение за счет возникновения межатомных связей расплавленного металла. Это происходит при нагревании применяемых деталей или их пластической деформации. В результате возникают сварные соединения, обеспечивающие высокую прочность. Для получения качественной сварки необходим предварительный расчет сварных соединений.
Швы подобных сочленений делятся на две группы:
рабочие;
связующие.
Рабочие элементы подвергаются нагрузке механических внешних воздействий. Когда разрушается рабочий шов, возможно разрушение сварных соединений.
Связующие необходимы для одновременной состыковки нескольких деталей конструкции, которые подвергаются основной нагрузке. Деформация наплавленного металла такого сварочного шва происходит совместно с металлом тех деталей, которые объединяет этот шов. При разрушении связующего шва соединение остается в рабочем состоянии, так как всю основную нагрузку воспринимают только детали главного металла. Расчет на прочность делается только для рабочих швов.
Сварные соединения бывают:
Виды сварных соединений.
стыковыми;
нахлесточными;
тавровыми;
угловыми;
торцевыми.
Положительные свойства сварных соединений:
Получается равнопрочное соединение. Иными словами, когда правильно выполнены сварные соединения, у конструкции будут отсутствовать слабые места.
Очень мало расходуется металла. Редко применяются специальные накладки. Очень удобно проводить соединение материалов.
Элегантный внешний вид.
К недостаткам можно отнести:
Не всегда удобно выполнять сварочные работы из-за недостатка места. В этом случае соединение болтами гораздо лучше.
Не свариваются металлы, которые имеют высокую твердость. Во время сварки прочность таких материалов резко снижается, что влечет за собой потерю эффекта упрочнения.
Сварочный шов является концентратором напряжения. В связи с этим, когда имеется высокая динамическая нагрузка, лучше воспользоваться болтовым или заклепочным соединением.
Метод расчета: основные параметры
Стыковые соединения рассчитываются согласно установленной и стандартизованной системе подсчета. Способ проведения расчета подробно описан в специальных нормалях.
Рисунок 1.Формула расчета центрального сжатия стыкового соединения.
Центральное сжатие, а также процесс растяжения определяется по формуле на Рисунке 1:
N – наивысшая нагрузка, которую воспринимает соединение;
t – минимальная толщина свариваемых деталей;
lw – максимальная длина всего сварочного шва, ее уменьшают на значение 2t;
Rwy – сопротивление, определяющееся в соответствии с существующим пределом прочности, взамен «Rwy» разрешается применять «Rwu/γu»;
Ry – сопротивление материала, согласно пределу текучести, определяется по таблицам;
Ru – сопротивление металла согласно временному сопротивлению, значение берется по специальным таблицам;
γс – коэффициент места работы и соответствующих условий, значения этого параметра указаны в стандартизованных таблицах.
Ry совместно с Ru при сварке не однотипных металлов берется по значению сопротивления металла, имеющего наименьшую прочность. В основном, расчетное сопротивление определяется по характеристикам материала соединяемых заготовок. Дело в том, что сварочный стык получает металл, который имеет более высокую прочность, чем металл сварных соединений. На сжатие сварочный стык не рассчитывается, потому что расчетное сопротивление в точности повторит значение самих деталей.
Когда имеется растяжение в сварочном шве, возникает сопротивление, при котором расчетный параметр будет ниже аналогичного показателя наименьшего из свариваемых элементов. В связи с этим шов всегда имеет уклон, позволяющий добиться соединения одинаковой прочности. Проварка в данном случае проводится на полную толщину материала.