Рис. 7.6 Косой шов

Рис. 7.7 Комбинированное соединение, нагруженное моментом и силой

7.3Расчёт на прочность

1.Стыковые соединения на прочность рассчитывают по номинальному сечению соединяемых деталей. Стыковые соединения могут воспринимать произвольно направленные нагрузки и моменты (рис. 7.8).

Рис. 7.8 Нагружение стыкового шва

При действии силы F напряжение растяжения определяется

где ш и - длина шва и толщина более тонкой детали соединения. При действии изгибающего момента М напряжения определяются

79

Длина сварного шва ш равна ширине соединяемых деталей b .

Расчёт на прочность сварного шва заключается в том, что расчётное

табл. 7.2 в зависимости от вида сварки и марки электрода. В тех случаях, когда требуется повысить прочность стыкового соединения, применяют косые швы (рис. 7.9). Расчёт косого шва выполняют по той же формуле (7.1), но условие прочности

Ориентированная линия разрушения соединения

Рис. 7.9 Стыковое соединение с косым швом

При переменных нагрузках рассчитанное по табл.7.2 допускаемое напряжение [ ] или [ ] умножают на коэффициент , который учитывает концентрацию напряжений в зоне шва. Для углеродистых сталей коэффициент определяется по формуле

kэф - эффективный коэффициент концентрации напряжений, см. табл. 7.3.

Если при расчёте получают 1, то принимают 1.

Таблица 7.2 – Допускаемые напряжения для сварных швов соединений из низкоуглеродистых и низколегированных сталей

металлических конструкций.

2. Нахлёсточное соединение Основными напряжениями флангового шва при растяжении являются

касательные напряжения среза в сечении, проходящем через биссектрису прямого угла (см. рис. 7.5).

По длине шва напряжения распределены неравномерно. На концах шва напряжения больше, чем в середине. Поэтому длинные фланговые швы применять нецелесообразно, и их длину ограничивают условием 50 k .

Номинальное напряжение среза в расчётном сечении

где 0,7 k - толщина шва в сечении m m ;ш - общая длина сварного шва.

Для соединения на рис. 7.5 ш 2 . Сварные швы должны образовывать равнопрочную конструкцию. Например, при выполнении соединения уголка с листом (рис. 7.10) равнодействующая нагрузка проходит через центр тяжести поперечного

81

сечения уголка и распределяется по швам обратно пропорционально расстоянию до этой оси. Швы выполняют различной длины так, чтобы выполнялось равенство

Если на фланговый шов действует момент (рисунок 7.11), то при b максимальные напряжения можно определить по формуле

где Wp - полярный момент сопротивления сечения швов в плоскости

разрушения.

Для сравнительно коротких швов ( b ), распространённых на практике, применяют формулу

Рис. 7.10 К расчету равнопрочной конструкции

82

Рис. 7.11 Фланговый шов, нагруженный моментом

Основными напряжениями лобовых швов при растягивающей нагрузке (см. рис. 7.4) являются касательные напряжения в плоскости стыка деталей и нормальные напряжения в перпендикулярной плоскости. По методу, принятому в инженерной практике, лобовые швы рассчитываются только по касательным напряжениям. За расчётное сечение принимают сечение по биссектрисе m m . При этом

угловых швов единым независимо от их расположения к направлению нагрузки. Поэтому косой шов (см. рис. 7.6) тоже будет рассчитываться по формуле (7.10). Прочность лобового шва, нагруженного моментом (рис. 7.12), также рассчитывается по касательным напряжениям

Комбинированное соединение с угловыми лобовым и фланговыми швами представлено на рис. 7.13. При нарушении соединения (рис. 7.13) растягивающими силами условие прочности записывают так:

Рис. 7.12 Лобовой шов, нагруженный моментом

Рис. 7.13 Комбинированное соединение, нагруженное растягивающей силой

Рис. 7.14 Тавровое соединение, нагруженное моментом и силой

Рис. 7.15 Тавровое соединение трубы

84

На рис. 7.7 представлено соединение, нагруженное моментом и растягивающей силой.

Условие прочности шва:

3. Тавровое соединение выполняется стыковым швом с разделкой кромок (см. рисунок 7.2,б,в) или угловыми швами без разделки кромок (см. рис. 7.2,а). Для соединения, нагруженного изгибающим моментом и растягивающей силой (рис. 7.14), прочность соединения для стыкового шва определяется по формулам, аналогичным (7.1) и (7.2)

моментами, показано на рис. 7.15. Напряжения в шве от изгибающего момента

85

4. Точечная контактная сварка (рис. 7.16) применяется для тонкостенных конструкций. Толщина соединяемых элементов от долей до нескольких миллиметров при соотношении толщин не более 3.

Диаметр d сварной точки выбирают на основе опытных данных. Для стальных деталей

Рис. 7.16 Точечная контактная сварка

Соединения точечной сваркой работают преимущественно на срез. При расчёте полагают, что нагрузка распределяется равномерно по всем точкам при нагружении соединения центральной сдвигающей силы F .

Шовная сварка (рис. 7.17) осуществляется роликовыми электродами и применяется для соединения тонких элементов общей толщиной 4–6 мм.

Рис. 7.17 Шовная контактная сварка

86