УМК №1 МК

Различают следующие виды сварных соединений: стыковые, внахле- стку, угловые и тавровые (впритык), комбинированные. Определение каж- дого из перечисленных видов сварных соединений регламентировано стандартом.

Детали стыкового соединения: угол раскрытия шва, зазор, притупле- ние. Для углового шва катет обозначается kf.

8.3. Сварочные материалы

Рекомендуемые сварочные материалы для сварки различных марок стали и их расчетные сопротивления приведены в таблицах [1]. Из таблиц видно, что сталям различной прочности рекомендуются различные марки сварочной проволоки и соответственно типы электродов, имеющих разное сопротивление металла шва. Один тип проволоки или электрода, дающий прочность металла шва, близкую к прочности стали для сварки менее на- груженных швов, и другой тип, дающий прочность металла шва, превы- шающую прочность свариваемой стали для сильно нагруженных швов. Та- кой подход к выбору материалов для сварки обеспечивает уменьшение ко- личества наплавленного металла без снижения прочности соединения, сле- довательно, экономию сварочных материалов, снижение трудоемкости выполнения соединения и уменьшение термического влияния сварки на соединение.

Вопросы для самопроверки

1.В чем заключается физический процесс сварки?

2.Перечислите зоны сварного соединения.

3.Дайте определение зоны термического влияния.

4.При какой температуре металл сохраняет свои первоначальные свойства?

5.Что означает маркировка электрода типа Э50А?

6.Как классифицируют сварные швы по конструктивному признаку?

7.Перечислите сварные швы по их положению в пространстве.

8.Какой шов называется фланговым?

9.Какой шов называется лобовым?

10.Нарисуйте детали стыкового и углового соединений.

12. Как на чертежах обозначаются заводские и монтажные швы?

81

Лекция 9

РАСЧЕТ СВАРНЫХ ШВОВ В СОЕДИНЕНИЯХ, РАБОТАЮЩИХ НА ОСЕВУЮ СИЛУ

1.Расчет сварных соединений встык.

2.Расчет сварных соединений угловыми швами.

3.Конструктивные требования к сварным соединениям.

Сварные соединения выполняют следующих типов: встык, внахлест- ку, комбинированные и втавр – угловыми швами.

Прочность сварных швов характеризуется их расчетным сопротив- лением. Сварные швы рассчитывают по прочности из условий предельного состояния первой группы.

9.1. Расчет сварных соединений встык

Для стыковых швов, расположенных перпендикулярно оси элемента при сжатии и растяжении, должно выполняться условие

N £ lω × t × Rωy × gc ,

Расчетное сопротивление стыковых швов определяют по пределу те- кучести или по временному сопротивлению стали соединяемых элементов независимо от вида сварки (табл. 2.1), например: при сжатии Rωy = Ry ; при

Расчетное сопротивление стыковых швов определяют по пределу те- кучести или по временному сопротивлению стали соединяемых элементов

82

независимо от вида сварки (табл. 2.1), например: при сжатии Rωy = Ry ; при растяжении и изгибе с визуальным контролем качества шва Rωy = 0,85 × Ry ,

а при физических методах контроля – Rωu = Ry ; при сдвиге Rωs = Rs и т.д.

Таблица 2.1

Формулы для определения расчетных сопротивлений сварных соединений стальных конструкций

gωm =1,25 – при значениях Rωun < 490 МПа ; gωm = 1,35 – при Rωun ³ 590 МПа .

9.2. Расчет сварных соединений угловыми швами

Для угловых швов (фланговых и лобовых) расчет сварных соедине- ний выполняется на срез (условный) по двум сечениям:

− по металлу шва

83

При выполнении условия Rωf × b f £ Rωz × bz расчет сварного углового соединения выполняется по сечению металла шва.

9.3.Конструктивные требования к сварным соединениям

Вконструкциях со сварными соединениями следует:

−предусматривать применение высокопроизводительных механи- зированных способов сварки;

−обеспечивать свободный доступ к местам выполнения сварных со- единений с учетом выбранного способа и технологии сварки.

Разделку кромок под сварку следует принимать по стандарту. Размеры и форму сварных угловых швов следует принимать с уче-

том следующих условий:

−катеты угловых швов k f должны быть не более 1,2 t, где t – наи-

меньшая толщина соединяемых элементов;

− катеты угловых швов k f следует принимать по расчету, но не ме-

нее указанных в [1, табл. 38]; − расчетная длина углового сварного шва ограничивается условием

4 × k f £ lω £ 85 × b f × k f (за исключением швов, в которых усилие действует на всем протяжении шва), но не менее 40 мм;

− размер нахлестки должен быть не менее 5 × tmin , где tmin – мини- мальная толщина наиболее тонкого из свариваемых элементов;

− соотношения размеров катетов угловых швов следует принимать, как правило 1:1. Допускается принимать швы с неравными катетами при разных толщинах свариваемых элементов при соблюдении [1, п. 12.8 а, б].

Вопросы для самопроверки

1.Запишите расчетную формулу стыкового соединения при дейст- вии осевого усилия перпендикулярно прямому стыку.

2.Запишите расчетную формулу стыкового соединения при дейст- вии осевого усилия перпендикулярно косому стыку.

3.Запишите расчетную формулу стыкового соединения при дейст- вии изгибающего момента.

4.Назовите расчетные сечения срезу угловых швов.

5.Запишите формулу расчета углового шва, если не соблюдается ус-

ловие Rωf × b f £ Rωz × bz .

6. Перечислите конструктивные требования, предъявляемые к свар- ным соединениям.

84

Практическое занятие 3 КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ

Пример 2: рассчитать стыковое соединение встык (рис. 2.16). Со- единение состоит из листов шириной 250 мм, толщиной t = 6 мм. Действие осевого усилия растяжения N = 300 кН. Расчет выполнить для двух случа- ев контроля стыкового соединения: визуального и физического. Марка стали основного металла ВСт3кп2-1.

Рис. 2.16. Стыковое соединение (прямой и косой стыки)

Порядок расчета:

1. Условие прочности стыкового шва при физическом контроле

где Rωy = Ry с физическим контролем качества шва [1, табл.3, с. 6]; lω = b − 10 мм – расчетная длина стыкового шва.

2.По [1, табл. 51, с. 64] находим Ry = 220 МПа (2250 кг/см2 ) .

3.Подставив известные данные в условие (2.11), получим

s = 30000 = 2083 < 2250 кг/см2. 0,6 × 24

Отсюда видно, что при физическом контроле стыкового соединения условие прочности соблюдается.

85

4. Рассмотрим случай визуального контроля стыкового соединения, показанного на рис. 2.16.

Тогда, согласно [1, табл.3, с. 6]

Rωy = 0,85 × Ry = 0,85 × 2250 =1912,5 кг/см2 ,

то есть sω > Rωy . В этом случае прочность прямого стыкового шва недос-

таточна. Условие прочности (2.11) не выполняется. Необходимо конструи- рование косого стыка, показанного на рис. 2.16. Прямой стык может вос- принять усилие не более

Nω = Rωy × t × lω × gc =1912,5 × 24 × 0,6 = 27540 кг.

5. Расчет и конструирование косого стыка (см. рис. 2.16). Нормальные напряжения в косом стыке определяются по формуле

Пример 3: рассчитать стыковое соединение (рис. 2.17) растянутых листов, симметрично соединяемых накладками с двух сторон. Действие осевого усилия растяжения N = 500 кН, сечение листов b × t = 200 ×14 мм ,

Rωz = 0, 45 × 365 =164 МПа . Соединение может использоваться для изго-

товления тяги.

86

5. Определение требуемой длины фланговых швов.

Требуемая длина двух фланговых швов с каждой стороны одной на- кладки определяется из условия среза по металлу шва (рис. 2.18) по формуле

Рис. 2.18. Схема расчетных сечений сварного соединения с угловым швом

Требуемая длина двух фланговых швов с каждой стороны одной на- кладки из условия среза по границе сплавления (см. рис. 2.18)

6. Определение конструктивной длины углового шва.

Наиболее неблагоприятным является первое расчетное сечение по металлу шва. Отсюда, расчетная длина одного углового шва

Конструктивная длина углового шва

lω = lω,1 + 2 × t =14,0 + 2 × 0,8 =15,6 »16,0 см.

7. Проверка принятых размеров угловых швов [1, п. 12.8, с. 42]. Катеты угловых швов k f должны быть не более 1,2t, где t – наи-

меньшая толщина соединяемых элементов. Соотношения размеров катетов угловых швов следует принимать, как правило, 1:1.

88

Расчетная длина флангового шва должна быть: 4 × k f £ lω £ 85 × b f × k f ,

где 4 × k f должно быть не менее 40 мм, тогда

lω = 160,0 мм;

lω,min = 4 × k f = 4×8,0 = 32,0 мм < 40,0 мм < 160,0 мм; lω,max = 85 × b f × k f = 85×0,7×0,8 = 476 мм > 160,0 мм.

Следовательно, 40 мм < 160 мм < 476 мм, таким образом, конструк- тивные ограничения соблюдаются.

8. Определение длины накладок

ll = 2 × (lω + D) = 2×(16,0 + 2,5) = 37,0 см.

Для уменьшения длины накладок можно выполнить их обварку по контуру (с учетом работы лобовых швов) или поставить ромбические на- кладки, обеспечивающие более равномерную передачу силового потока.

Лекция 10

РАСЧЕТ СВАРНЫХ ШВОВ В СОЕДИНЕНИЯХ, РАБОТАЮЩИХ НА ИЗГИБ

1.Расчет сварных соединений встык.

2.Расчет сварных соединений угловыми швами.

3.Расчет опорного столика (практический пример).

10.1. Расчет сварных соединений встык

При действии на стыковое соединение изгибающего момента напря- жения в соединении определяются по формуле

sω = M = 6 ×× M £ Rωy × gc ,

Wω t lω2

где Wω = lω2 × t / 6 – момент сопротивления шва.

При действии изгибающего момента и поперечных сил

sω = sω2 x + sω2 y - sωx × sωy + 3 × tω2 xy £1,15 × Rωy × gc ,

где σωx и σωy – нормальные напряжения в сварном соединении по двум взаимно перпендикулярным напряжениям; τωxy – напряжение от среза.

89

10.2. Расчет сварных соединений угловыми швами

При действии изгибающего момента на прямоугольный элемент,

приваренный угловыми швами к конструкции, проверку нормальных на-

пряжений в швах производят по формулам:

− по металлу шва

где n – число сварных швов; lω – расчетная длина одного шва; β f и βz –

коэффициенты, принимаемые по [1] в зависимости от вида сварки, положе-

ния шва и диаметра сварочной проволоки; Rωf и Rωz – расчетное сопротив-

ление сварных соединений угловыми швами при срезе соответственно по металлу шва и металлу границы сплавления; γωf и γωz – коэффициенты ус-

ловий работы шва, равные 1 во всех случаях, кроме конструкций возводи-

90