1282 / 1 / сварные соединения

2.СВАРНЫЕ СОЕДИНЕНИЯ

2.1.Общие сведения

Сварка является одним из самых распространенных современных способов получения различных машиностроительных, строительных и других конструкций. Сваркой изготавливают станины, рамы, корпуса редукторов,

зубчатые колеса, шкивы, звездочки, маховики, барабаны, фермы, баки,

цистерны, трубы, корпуса речных и морских судов и т.п.

Сварка – технологический процесс соединения металлических деталей,

основанный на использовании сил молекулярного сцепления и происходящий при сильном местном нагреве их до расплавленного (сварка плавлением) или пластического состояния с применением механического усилия (сварка давлением).

Затвердевший после сварки металл, соединяющий сварные детали,

называется сварным швом.

В настоящее время освоена сварка всех конструкционных сталей

(включая высоколегированные, чугуна, медных, алюминиевых и других сплавов), цветных металлов, а также некоторых пластмасс.

Достоинства сварных конструкций

1.Существенная экономия металла по сравнению с клепанными металлами и чугунами соответственно (10 … 20 % , до 30% и до 50%).

2.Снижение трудоемкости процесса сварки по сравнению с клепкой и

литьем.

3.Возможность автоматизации процесса сварки.

4.Применение сварки особенно целесообразно при изготовлении конструкций сложной формы, отдельные детали которых получают прокаткой, ковкой, штамповкой и отливкой.

Недостатки сварных конструкций

1.Появление остаточных напряжений в свариваемых элементах после окончания процесса сварки.

2.Коробления элементов конструкции.

3.Плохое восприятие переменных и особенно вибрационных нагрузок.

4.Сложность и трудоемкость контроля качества сварных швов.

2.2.Виды сварки

Существует много видов сварки, которые можно подразделить на две

группы:

сварка плавлением;

сварка давлением.

Из большого разнообразия существующих видов сварки в

машиностроении применяют:

ручную дуговую сварку плавящимся электродом;

автоматическую дуговую сварку плавящимся электродом под флюсом;

электрошлаковую сварку и контактную сварку — стыковую;

шовную и точечную.

Первые три способа относятся к сварке плавлением, последний — к

сварке плавлением или давлением.

Ручная дуговая сварка плавящимся электродом подача и перемещение которого осуществляется вручную. Нагрев производится электрической дугой между изделием и электродом. Электрод, расплавляясь при сварке, образует сварной шов. При данном способе возможна сварка стальных деталей толщиной 1...60 мм и более. Применяется в основном в единичном производстве.

При автоматической дуговой сварке плавящимся электродом под флюсом подача электрода и перемещение дуги вдоль свариваемых кромок механизированы. Этот вид сварки обеспечивает высокую производительность процесса и высокое качество шва. При нем возможна сварка деталей толщиной

2... 130 мм и более. Наиболее экономичен этот вид сварки при непрерывных прямолинейных и кольцевых швах значительной протяженности.

Электрошлаковая сварка – сварка плавлением, при которой для нагрева металла используется технопаста, выделяющаяся при прохождении

электрического тока через расплавленный шлак. Этот способ является самым производительным для сварки стальных листов толщиной 40 … 50 мм. Этим способом можно сваривать изделия толщиной до 1 метра и выше.

Стыковая контактная сварка основана на нагреве стыкуемых торцов деталей теплотой, выделяющейся при прохождении электрического тока:

Нагрев торцов деталей производится либо до оплавления их (сварка плавлением), либо до пластичного состояния с последующим сдавливанием деталей (сварка давлением). Этот способ сварки производителен и рентабелен при массовом и полусерийном производстве.

Шовная контактная сварка выполняется вращающимися дисковыми электродами в виде непрерывного или прерывного шва. Этот способ сварки применяется для получения герметичных швов в тонкостенных конструкциях

(различные сосуды).

Точечная контактная сварка применяется для тонкостенных конструкций, в которых не требуется герметичных швов.

Перечень ГОСТов на сварные соединения:

ГОСТ 11533-75 Автоматическая и полуавтоматическая дуговая сварка под флюсом. Соединения сварные под острыми и тупыми углами.

ГОСТ 11534-75 Ручная дуговая сварка. Соединения сварные под острыми и тупыми углами.

ГОСТ 14806-80 Дуговая сварка алюминия и алюминиевых сплавов в инертных газах. Соединения сварные.

ГОСТ 15164-78 Электрошлаковая сварка. Соединения сварные.

ГОСТ 15878-79 Контактная сварка. Соединения сварные.

ГОСТ 14771-76 Дуговая сварка в защитном газе. Соединения сварные.

ГОСТ 14776-79. Дуговая сварка. Соединения сварочные точечные.

ГОСТ 16037-80 Соединения сварные стальных трубопроводов.

ГОСТ 16038-80 Сварка дуговая. Соединения сварные трубопроводов из меди и медно-никелевого сплава.

Рис. 2.3

Рис. 2.4

Рис. 2.5

Сварные швы стыковых соединений называют стыковыми. Сварные швы нахлесточных, угловых, тавровых соединений называют угловыми.

В зависимости от вида соединения, формы подготовленных кромок сварных деталей и характера выполнения шва различают стыковые и угловые швы нескольких типов.

Стыковые швы по форме подготовленных кромок деталей различают: без скоса кромок (рис. 2.1, а, б), V - образные (рис. 2.1, в, г), Х – образные

(рис.9.1, д) , U – образные (рис. 2.1, е) и др.

Угловые швы по форме подготовленных кромок деталей различают: без скоса кромок (рис. 2.2; 2.4, а, б; 2.5, а), со скосом одной кромки (рис. 2.4, в; 2.5,

б, в) и со скосом двух кромок (рис. 2.5, г). По характеру выполнения бывают:

односторонние и двусторонние.

По форме сечения угловые швы подразделяются на нормальные, в виде неравнобедренного треугольника (рис. 2.2, б), вогнутые (рис. 2.2, в), выпуклые

(рис. 2.2, г). Наиболее распространены нормальные швы в виде равнобедренного прямоугольного треугольника (рис. 2.2, а).

Угловые швы по расположению относительно силы, действующей на шов, различают: лобовые (рис. 2.6, а), фланговые (рис. 2.6, б), косые (рис. 2.6,

в), комбинированные (рис. 2.6, г).

рис. 2.6

2.4.Расчет сварных швов

Основное требование при проектировании сварных конструкций – обеспечение равнопрочности шва и соединяемых им деталей.

Для угловых швов размер катета шва выбирают в соответствии с толщинами соединяемых деталей, и обычно равным меньшей из них, а длину шва определяют из расчета на прочность.

Если стыковой шов нагружен изгибающим моментом М и

растягивающей (или сжимающей) силой F (рис. 2.7, в), то максимальные нормальные напряжения определяются по формуле

сечения шва при изгибе; / - нормальное напряжение в шве.

Угловые швы рассчитываются на срез по наименьшей площади сечения, расположенного по биссектрисе площади прямого угла поперечного сечения шва (рис. 2.8). Толщину сечения углового шва принимают равной 0,7k

, где k – катет поперечного сечения шва.

Рис. 2.8

Рис. 2.9

Расчет напряжения в шве с/ вычисляют по формуле