26.2. Расчет на прочность и проектирование сварных соединений при постоянных нагрузках
Расчет и проектирование сварных соединений (конструкций) сводится к выбору вида соединения, способа сварки, марки электрода, рациональному размещению сварных швов, определению сечения и длины швов из условия равнопрочности наплавленного металла и материала соединяемых деталей. Размеры соединяемых деталей обычно известны заранее из условий прочности, жесткости, устойчивости или конструктивных соображений.
Сварные швы бывают:
1) стыковые;
2) лобовые;
3) фланговые (угловые);
4) комбинированные.
Стыковые швы рассчитывают на прочность по номинальному сечению соединяемых деталей (без учета утолщения швов) как целые детали. От внешней растягивающей силы F в сечении шва возникают напряжения растяжения
(26.1)
где l и S – соответственно длина шва и толщина соединяемых деталей.
Условие прочностной надежности
(26.2)
В
расчетах принимают
=
(0,9–1,0)
,
где
–
допускаемое
напряжение при растяжении основного
материала.
Допустима
растягивающая сила при обращении
неравенства (26.2) в равенство
Нормальные напряжения в шве при совместном действии внешней силы F и изгибающего момента М (рис. 26.9)
(26.3)
где M – момент сопротивления сечения шва (детали) при изгибе.
Лобовые и фланговые (угловые) швы разрушаются по сечению, проходящему через биссектрису прямого угла (рис. 26.10).
Рис. 26.9. К расчету сварного соединения встык
Рис. 26.10. К расчету лобовых и фланговых сварных швов
Площадь расчетного сечения
где L – общая длина (периметр) сварного шва;
Kp – расчетный катет шва.
Угловой шов при нагружении испытывает сложное напряженное состояние. Однако в упрощенном расчете такой шов условно рассчитывают на срез.
Условие прочности шва по допускаемым напряжениям:
где
– номинальное напряжение среза;
–допускаемое
напряжение в сварном шве при срезе.
В расчетах принимают
Kp = (0,9–1,2) · Smin,
где Smin – наименьшая толщина свариваемого элемента Kpmin > 3 мм при S > 3 мм.
l ≥ 30 мм; la ≥ 30 мм; lφ ≤ 50K.
Допустимая растягивающая нагрузка
Соединение комбинированным (лобовым и фланговым) швом при действии момента в плоскости стыка при упрощенном расчете рассчитывают, полагая, что швы работают независимо.
Тавровые соединения, выполненные угловыми швами, рассчитывают по формуле
с учетом числа швов.
Момент сопротивления продольного сечения шва
где h
– высота
листа (
).
Если такие соединения сварены, как и соединения встык, то расчет выполняют по формулам (26.1) и (26.3).
Угловые соединения не используются как силовые; их применяют, как правило, для образования профилей из отдельных элементов.
26.3. Соединения пайкой и склеиванием
При соединении пайкой в отличие от сварки место спайки нагревается лишь до температуры плавления припоя, которая намного ниже температуры плавления материала соединяемых деталей. Соединение деталей получается благодаря заполнению зазора между ними расплавленным припоем.
Швы неразъемных соединений, получаемые пайкой и склеиванием, условно изображают по СТ СЭВ 138–76.
Припой или клей в разрезах (рис. 26.11, а, б, г, д, е) и на видах (рис. 26.11, в) изображают линией, которая в два раза толще основной сплошной. Для обозначения пайки (рис. 26.11, а, б, в) или склеивания (рис. 26.11, г, д, е) применяют условные знаки, которые наносят на линии-выноске от сплошной основной линии. Швы, выполненные пайкой или склеиванием по периметру, обозначаются линией-выноской, заканчивающейся окружностью диаметром 3–4 мм (рис. 26.11, б, д).
На изображении паяного соединения при необходимости указывают размеры шва и обозначения шероховатости поверхности.
В соединениях пайкой и склеиванием место соединения элементов в разрезах и на видах показывают утолщенной (в два раза) контурной линией.
Если же соединяемые элементы показаны в сечении зачерненными, то место соединения изображается просветом.
Обозначение соединений пайкой и склеиванием производится с помощью символов и знаков, проставляемых на линии-выноске, которая заканчивается стрелкой, указывающей непосредственно шов, или точкой при указании невидимых частей соединения.
Для
пайки применяется символ
;
для склеивания –
.
На полке линии-выноски ставится номер пункта технических требований, где указана марка припоя или клея.
а г б в д е
Рис. 26.11. Паяные и клеевые соединения