Глава 4. Сварныесоедин ения

4.4. Швы контактной сварки

Сварку выполняют по торцам деталей — стыковая контактная сварка (см. рис. 4.2, е) — или по боковой поверхности тонкостенных конструкций — точечная (рис. 4.16) и шовная (рис. 4.17) сварка.

одинаковой толщины; при разной толщине деталей соотношение толщин должно быть 3. Диаметр сварной точки dт (мм) в зависимости от наименьшей толщины min 2 мм соединяемых стальныхдеталей выбираютисходя изусло вия

82

4.4. Швы контактной сварки

Диаметр сварной точки зависит от параметров процесса точечной сварки: силы тока, продолжительности импульса тока, диаметра электрода и др. Обычно значения dт определяют из условия статической прочности точечного шва, а по нему прини-

перпендикулярном к линиидействия силы , — P2 1,5dт; расстояние доперпен дикулярной стенки P3 2dт (см. рис. 4.16, б).

Соединение точечной сваркой обычно нагружено центральной сдвигающей силой F; при этом полагают, что она равномерно распределена между всеми точками, число которых по линии действия силы не должно быть больше пяти [19]. Условие статиче-

ющим в плоскости стыка, расчетные силы определяют так же, как для группового резьбового соединения (см. гл. 2). Эффективный коэффициент концентрации напряжений для точечных швов низ-

Эффективный коэффициент концентрации напряжений для шовной сварки низкоуглеродистых сталей составляет в среднем

K 5.

83

Глава 4. Сварныесоедин ения

4.5. Допускаемые напряжения сварных соединений

Допускаемые напряжения при статическом нагружении сварных швов определяют на основании экспериментальных данных в доляхдопускаемых напряжен ийосновного металла (табл. 4.4).

Таблица 4.4

Допускаемыенапряжения сварныхшвов

шовный

Примечание. Допускаемые напряжения растяжения основного металла

[ ]р т [S ], где т — предел текучести; [S] — коэффициент запаса. Для низ-

коуглеродистых сталей [S] = 1,2…1,8 , для низколегированных — [S] = 1,5…2,2 (большее значение принимают при приближенных расчетах. Eсли разрушение сопряжено с тяжелымипослед ствиями, тозначение[ S] повышают 1,5...2,0 раза).

4.6. Расчет сварных соединений припеременномнагружении

Сварные детали машин часто работают под действием переменных нагрузок, приближенно аппроксимируемых регулярным нагружением( ГОСТ 23207–78) по периодическим законам с одним максимумом и минимумом в цикле. При соблюдении статиче-

84

(2 1д 0д ) 0д .

Вследствие высокой концентрации напряжений значение этого коэффициента мало, принимают 0. При этом линия пре-

дельного состояния располагается под углом 45° к осям координат. Кроме того, как показали эксперименты, расположение наклонного участка не зависит от марки стали свариваемых деталей и их размеров, а также от типа циклов нагружения. Основное влияние оказывает группа сварного соединения. Поэтому предель-

85

Глава 4. Сварныесоедин ения

ная амплитуда напряжений а.п не зависит от значения m и равна пределу выносливости 1д сварных деталей, испытанных при симметричномцикле :

На основании экспериментальных данных в табл. 4.5 приведены значения показателей циклической прочности бездефектных (см. рис. 4.1) сварных соединений из углеродистых или низколегированных сталей без механической обработки швов (m — показательстепени кривой уста лости).

Таблица 4.5

20 %, коррозии — на 50 %, дефектов (непровары, подрезы и др.) — до 20 раз, остаточных напряжений — на 30 %; повышать значение а.п после механической обработки швов на 40 %, отжига в защитной атмосфере — на 70 %, наклепа (чеканкипневмомолотком , обдувадробью ) — на 100 %.

Таким образом, расчет сварных соединений при переменном нагружении проводят в проверочной форме путем определения коэффициентов запаса по пределу текучести Sт и по амплитуде напряженийS aи с равненияп олученныхзначе нийс допускаемыми :

углеродистой стали т 240 260 МП а, для низколегированной —

86

4.6. Расчет сварных соединений при переменномнагружении

420 480 МПа, для высокопрочной — 600 680 МПа); — максимальное напряжение цикла в расчетном сечении; а.п — предельная амплитуда напряжений для сварного соединения ( см.

а — амплитуда напряжений цикла нагружения в расчетном сечении; m — показатель степени кривой усталости сварных соединений (см. табл. 4.5); mа N mа.п NG const — уравнение кривой усталости; ориентировочные значения m для низкоуглеродистой стали приведены в табл. 4.5; [S]т 1,2 2,5, [S ]а 1,5 3,0 —

минимальные значения допускаемых коэффициентов запаса прочности по пределу текучести и по амплитуде напряжений (большее значение принимают при приближенных расчетах; для сварных соединений ответственного назначения, разрушение которых может привести к тяжелым последствиям, коэффициенты запаса повышаютв 1,5...2,0 раза).

При расчете на надежность определяют вероятность безотказной работы сварных соединений, при этом значения коэффициента вариации для действительных и предельных напряжений можно принимать соответственно д 0,1 0,6 и lim 0,05 0,20, при-

чемповышенное значен иепринимают при пр иближенных расчетах.

Рис. 4.19. Сварная винтовая стяжка

Решение. Условие статической прочности сварного шва в опасном сечении (см. формулу (4.2))

е 2р 3 2 [ ]р,

87

Глава 4. Сварныесоедин ения

где [ ]р 0,9[ ]р 0,9 160 144 МПа — допускаемое напряжение сварно-

металлаобеспечена .

Рис. 4.20. Сварнойкриво шип

Решение. Дополнительно принято: основной металл — сталь Ст3 ( т 250 МПа); сварка дуговая ручная электродом Э42А ; швы угловые с

полнительно нагружен изгибающим моментом М. Поверхность опасного сечения шва является конической, ее поворачивают на плоскость стыка свариваемых деталей. Выполняют приведение нагрузки (перенос F в ЦТ

88

5000 300 1, 5 106 Нмм ; p— расчетная высота поперечного сечения, p 0,7k 0,7 3 2 мм.

Рис. 4.21. Расчетная схема

В наиболее нагруженных зонах шва, удаленных от оси X–X на расстояние y, находят суммарное касательное напряжение и сравнивают с допускаемым:

2F T2 2M [ ],

где F — касательное напряжение при действии центральной сдвигаю-

щей силы, в данном случае F F ( dp); при наличии центрирующего

M M W 4M ( d 2 p) 4 1 106 (3,14 1002 2) 60,7 МПа ;

[ ] — допускаемое касательное напряжение сварного шва (см. табл. 4.4),

[ ] 0,65[ ]р 0,65 т Sт 0,65 2501,6 102 МПа ;

[ ]р — допускаемоенапряжение основного металла, здесь [ ]р т Sт ;

Sт — коэффициент запаса прочности по пределу текучести, при приближенныхрасчетах S т 1,6.

89

Глава 4. Сварныесоедин ения

Такимобразом ,

45,12 60,72 76,5 МПа [ ] 102 МПа .

Статическаяпроч ностьугловых швов обеспечена. Можноопределить величину катета k проектнымрас четом:

Принимаем k 3 мм .