Поперечная сила в стойке определяется по формуле:

Q = p·e / l + 200F , (14)

Q = 50·10³·60/600 + 200·81 = 21200 Н.

Расчет прочности планки производит­ся в основном на изгибающий момент

M=Q·l₁/4 , (15)

M = 21200·60/4 = 0,318 МН·см.

Принимаем толщину планки s=0,6 см.

Требуемая ширина вычисляется по формуле :

h = , (16)

h = = 11,2 см.

Принимаем h = 12 см.

1.1.3 Расчет опорной плиты

Площадь опорной плиты определяют по несущей способности материала опоры.

F_пл = А/R_оп, (17)

где А - опорная реакция

R_оп- расчетное сопротивление материала опоры сжатию, для бетона в зависимости от марки R_оп=5…10 Мпа.

Принимаем R_оп=5 МПа.

F_пл =1050·10³/0,05·10⁴ = 2100 см².

Принимаем F_пл = 2116 см².

Толщину опорной плиты определяют из условия опирания её на два канта. Тогда изгибающий момент, равен

М= А·а/8 , (18)

М = 1050·10³·46/ 8 = 6037,5 кН·см.

Толщина опорной плиты определяется из условия прочности при поперечном изгибе

δ = , (19)

δ = = 5,8 см.

Принимаем δ= 6 см.

Толщину ребер жесткости назначаем равной толщине соединительных планок s = 6 мм, катет шва К= 6 мм.

1.2 Материал сварной конструкции

Основные элементы разработанного приспособления изготовлены из ст3, химический состав и механические свойства которой представлен в таблицах 1 и 2.

Механические свойства данной стали, представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Механические свойства Cт3.

σв, МПа	σт, МПа	δ5, %	ψ, %
370-480	245	26	-

Химический состав ст3 представлен в таблице 2.

Таблица 2 - Химический состав Cт3.

С, %	Mn, %	Si, %	Ni, %	S, %	P, %
0,14 – 0,22	0,4 – 0,65	0,05 – 0,15	≤ 0,3	≤ 0,05	≤ 0,04

Данная сталь относится к классу низкоуглеродистых, так как в стали содержание углерода (С) находиться в пределах от 0,14% до 0,22%

1.3 Оценка технологической свариваемости

Технологическая свариваемость металлов и их сплавов зависит от многих факторов – химической активности металлов, степени легирования, структуры и содержания примесей. Чем химически более активен металл, тем больше его склонность к взаимодействию с окружающей средой, в первую очередь к окислению, тем выше в этом случае должны быть качество защиты и возможность металлургической обработки при сварке. Наилучшее качество защиты обеспечивают высокий вакуум и инертный газ высокой чистоты.

При сварке сталей и сплавов на основе железа от взаимодействия с воздухом расплавленный металл защищают покрытиями, флюсами и защитными газами.

Наибольшее влияние на свариваемость сталей оказывает углерод. С увеличением содержания углерода, а также ряда других легирующих элементов свариваемость сталей ухудшается. Для сварных конструкций в основном применяют конструкционные низкоуглеродистые, низколегированные, а также легированные стали. Чем выше содержание углерода в стали, тем больше опасность трещинообразования, труднее обеспечить равномерность свойств в сварном соединении. Швы, сваренные из Cт.3 всеми способами сварки, обладают удовлетворительной стойкостью к образованию кристаллизационных трещин и не склонны к образованию холодных трещин. В этом можно убедиться путём оценки влияния термического цикла сварки на закаливаемость околошовной зоны.

Если при подсчёте эквивалента углерода окажется, что С_э<0,45%, то данная сталь сваривается без предварительного подогрева.

Эквивалент углерода определим по формуле:

(20)

где С_х - химический эквивалент углерода;

С_э - размерный эквивалент углерода.

Химический эквивалент углерода определим по формуле, [2, с. 288]:

(21)

Согласно химическому составу Cт3 (таблица 1) химический эквивалент углерода равен:

%.

Определим размерный эквивалент углерода по формуле:

(22)

где S - толщина свариваемой стали, S =6мм.

Таким образом,

%.

Следовательно, эквивалентное содержание углерода равно:

%.

Поскольку С_э оказалось меньше 0,45%, то предварительный подогрев для данной марки стали, при её толщине: S = 6мм, не требуется.

1.4 Описание способов сварки

1.4.1 Описание ручной дуговой сварки покрытыми электродами

С помощью ручной дуговой сварки выполняется большой объем сварочных работ при производстве сварных конструкций. Наибольшее применение находит ручная дуговая сварка покрытыми электродами. Схема процесса ручной дуговой сварки металлическим покрытым электродом показана на рисунке 4. Дуга горит между стержнем 5 и основным металлом 1. Под действием теплоты дуги электрод и основной металл расплавляются, образуя сварочную ванну 2. Капли жидкого металла 6 с электродного стержня переносятся в ванну через дуговой промежуток.

Рисунок 4 - Схема процесса ручной дуговой сварки покрытыми электродами.

Вместе с металлическим стержнем плавится и электродное покрытие 4, образуя газовую защиту 7 и жидкую шлаковую пленку 8 на поверхности расплавленного металла. В связи с тем что большая часть теплоты выделяется на торце металлического стержня электрода, на его конце образуется коническая втулочка из покрытия, способствующая направленному движению газового потока. Это улучшает защиту сварочной ванны. По мере движения дуги сварочная ванна охлаждается и затвердевает, образуя, сварной шов 9. Жидкий шлак также затвердевает и образует на поверхности шва твердую шлаковую корку 10, удаляемую после сварки. При этом способе выполняется газошлаковая защита расплавленного металла от взаимодействия с воздухом. Кроме того, шлаки позволяют проводить необходимую металлургическую обработку металла в ванне. Для выполнения функций защиты и обработки расплавленного металла покрытия электродов при расплавлении должны образовывать шлаки и газы с определенными физико-химическими свойствами. Поэтому для обеспечения заданного состава и свойств шва при выполнении соединений на разных металлах для сварку применяют электроды с определенным типом покрытий, к которым предъявляют ряд специальных требований.

При сварке покрытыми электродами перемещение электрода вдоль линии сварки и подачу электрода в зону дуги по мере его плавления осуществляют вручную. При этом возникают частые изменения длины дуги, что отражается на постоянстве основных параметров режима: напряжения дуги и силы сварочного тока. С целью поддержания более стабильного теплового режима в ванне при ручной дуговой сварке применяют источники питания с крутопадающими вольтамперными характеристиками. Схема питания дуги при ручной дуговой сварке показана на рисунке 5.

Рисунок 5 - Схема поста ручной дуговой сварки покрытыми электродами.

Рациональная область применения дуговой сварки покрытыми электродами — изготовление конструкций из металлов с толщиной соединяемых элементов более 2 мм при небольшой протяженности швов, расположенных в труднодоступных местах и различных пространственных положениях. Основными преимуществами способа являются: возможность сварки во всех пространственных положениях и в условиях монтажа, относительная простота и надежность оборудования сварки, возможность сварки различного спектра металлов (углеродистые стали, цветные металлы, медь и т. д.), возможность использования более дешевого оборудования.

Основные недостатки: низкая производительность, наличие на сварной ванне шлака, самый тяжелый способ сварки по технике выполнения, многофакторность качества сварного соединения (человеческий фактор, оборудование и т. д.), тяжелые условия труда сварщика. Для увеличения производительности используют сварку погруженной дугой, пучком электродов или применяют электроды с железным порошком в покрытии.