Сварные соединения

Общие сведения.

Сварные соединения образуют:

- с расплавлением металла без приложения силы (сварка электродуговая, газовая, электронно-лучевая);

- без расплавления металла и с приложением силы (контактная сварка).

Достоинства:

1.Малая масса. Экономия металла по сравнению с заклепочными соединениями 15 – 20 %; с литыми до 30%

2.Малая стоимость. Примерно в 2 раза ниже , чем литье и покоавка.

3.Экономичность процесса сварки, возможность его автоматизации. Малая трудоемкость сварки, сравнительная дешевизна и простота оборудования.

4.Плотность и герметичность соединения.

5.Возможность получения конструкций очень больших размеров.

Недостатки:

1.Возможность получения скрытых дефектов (трещины, поры, шлаковые включения, непровары).

2.Трудность контроля .Ренгеноскопические и ультрозвуковые методы сложны.

3.Коробление деталей из за неравномерности нагрева в процессе сварки.

4.Невысокая прочность при переменных режимах нагружения. Шов сильный концентратор напряжений.

По конструктивным признакам (по взаимному расположению соединяемых деталей):

1. Стыковые

2. Нахлесточные

3. Тавровые

4. Угловые

В зависимости от типа сварного шва различают сварные соединения:

1.Со стыковыми швами (стыковые, тавровые соединения).

2.С угловыми швами (нахлесточные, тавровые, угловые соединения).

Исходное условие проектирования сварного соединения – обеспечение равнопрочности сварного шва и соединяемых элементов.

Сварные швы подразделяют на рабочие и связующие.

Сварные стыковые соединения

В зависимости от толщины деталей δ сварку выполняют односторонним или двухсторонним швами. При толщинах до 15 мм при автоматических способах сварки - сварку выполняют без подготовки кромок, выше 15мм. выполняют специальную подготовку кромок. При ручной сварке без подготовки кромок сваривают листы толщиной до 8мм (шов накладывают с одной стороны при толщине до 3мм, с двух сторон от 3 до 8мм.

В районе сварного шва из за высокой температуры может произойти изменение физических, химических, структурных свойств основного металла (понижение его механических характеристик) – появляется так называемая зона термического влияния. Поэтому разрушение сварного соединения происходит в зоне влияния – вблизи сварного шва.

Расчет стыкового соединения выполняется по размерам сечения деталей в зоне термического влияния. Условие прочности: σ_р = F/(δ b) ≤ [σ]^/_p

Допускаемое напряжение для расчета принимают по механическим характеристикам материала в зоне термического влияния и обозначают [σ]^/_p в отличии от напряжений основного металла [σ]_p.

Стыковое соединение нагруженное изгибающим моментом вычисляют:

σ_{u =} M_изг / W ≤ [σ]^/_{p ;} W = δ b²/6

Стыковое соединение может быть выполнено из листов, полос, труб, уголков, швеллеров и других фасованных деталей.

Сварное нахлесточное соединение

Выполняются фланговыми или лобовыми швами. При этом шов заполняет угол между боковой поверхностью одного элемента и кромкою второго и называется угловым. Угловые швы выполняют одно- и многопроходными, без скоса кромок и со скосом. Основными характеристиками являются:

- катет (по аналогии со стороной прямоугольного треугольника);

а – рабочая высота ( определяет наименьшее сечение в плоскости проходящей через биссектрису прямого угла, по которому происходит разрушение – срез). Обычно дл яшва ручной дуговой сварки а = 0,7 k

для автоматической сварки а = k Не рекомендунется применять катет менее 3мм.

Фланговым называется шов, располагаемый параллельно, а лобовым перпендикулярно линии действия внешней силы. Величина нахлестки l должна быть не менее 4δ , δ - толщина листа

В следствии различной жесткости соединяемых элементов касательные напряжения (напряжения среза) по длине флангового шва распределены не равномерно. Чем длинее шов , тем больше неравномерность. Поэтому длину шва ограничивают 30 < l ≤ 60k k – катет сварного шва. В швах длиной менее 30 мм не успевает установится тепловой режим и получается не качественный шов.

Угловой шов испытывает сложное напряженное состояние. Однако для простоты его условно рассчитывают на срез под действием средних касательных напряжений τ.

Условие прочности флангового шва τ = F/(a2l) ≤ [τ]^/ где 2 – число швов

Во избежание возникновения повышенных изгибающих напряжений лобовые швы следует накладывать с двух сторон. Расчет лобовых швов ведут по напряжениям среза, где а и в – размеры поверхности разрушения:

τ = F/(a2b) ≤[τ]^/

Применяют и комбинированные швы =, состоящие из фланговых и лобовых. Расчет (считаем, что F - сила растяжения нагружает швы равномерно)

τ = F/aL ≤[τ ]^/

где L = 2l + b - периметр комбинированного шва.

Соединение элементов различного профиля.