4.3. Расчет на прочность сварных соединений.

Основным критерием работоспособности швов сварных соединений является прочность. Расчет на прочность основан на допущении, что напряжения в шве распределены равномерно как по длине, так и по сечению.

4.3.1. Расчет сварных стыковых соединений.

Стыковые соединения наиболее предпочтительны, т. к. стыковой шов обладает примерно той же прочностью, что и основной металл соединяемых деталей, вследствие малой концентрации напряжений.

Практикой установлено, что при действии постоянных нагрузок разрушение соединений, выполненных сваркой встык, происходит в большинстве случаев не по шву, а в так называемой зоне термического влияния, где из-за высокой местной температуры происходит понижение физико-механических свойств основного металла (рис. 4.9).

Поэтому расчет на прочность стыковых соединений проводят по номинальному сечению деталей в этой зоне - утолщение (наплыв металла) не учитывают. В зависимости от работы стыкового шва его соответственно рассчитывают на растяжение или на сжатие.

Рис. 4.9. Зона термического влияния.

Примеры расчета сварных стыковых соединений:

1). Соединение нагружено растягивающей силой F (рис. 4.10.):

,

где - расчетное напряжение в шве при растяжении; - сила, растягивающая или сжимающая соединяемые элементы; - толщина детали , b длина шва (А – площадь поперечного сечения шва); - допускаемое напряжение для шва при растяжении.

Рис. 4.10.

2). Соединение нагружено изгибающим моментом (рис. 4.11.).

Рис. 4.11.

,

где - момент сопротивления сечения шва при изгибе.

3). Соединение нагружено растягивающей силой и изгибающим моментом (рис.4.12.).

.

Рис. 4.12.

4.3.2. Расчет сварных нахлесточных соединений.

Сварное нахлесточное соединение выполняют фланговыми, лобовыми или косыми угловыми швами. Угловые швы в конструкциях часто не предназначены для передачи нагрузок, т.к. обладают высокой концентрацией напряжений. Основными характеристиками углового шва являются – катет и – рабочая высота (определяет наименьшее сечение в плоскости, проходящей через биссектрису прямого угла, по которому происходит разрушение – срез), см. рис. 4.13. Обычно для шва , оптимальная величина катета - . Величина нахлестки должна быть не менее ().

Рис. 4.13.

Длину лобовых и косых швов в нахлесточном соединении не ограничивают, а длину фланговых швов ограничивают интервалом , т.к. в швах длинной менее 30 мм концентрация напряжений достаточна велика (особенно на концах шва), а при длинных швах существует высокая неравномерность в распределении касательных напряжений.

Условие прочности нахлесточного соединения выполненного фланговым швом (рис. 4.6.) имеет вид:

.

Для уменьшения касательных напряжений лобовые швы накладывают с двух сторон (рис. 4.5.). Расчет лобовых швов (как и фланговых) ведут по напряжениям среза:

.

Применяют также комбинированные швы, состоящие из фланговых и лобовых и косые швы (рис. 4.7. и рис. 4.8.):

,

где - периметр комбинированного шва; - периметр косого шва.

Примеры расчета сварных нахлесточных соединений:

1). Соединение нагружено растягивающей силой (рис. 4.14).

Рис. 4.14.

,

где - толщина детали, - длина шва.

2). Соединение нагружено изгибающим моментом (рис. 4.15).

,

где - момент сопротивления сечения шва при изгибе.

Рис. 4.15.

3). Соединение нагружено растягивающей силой F и изгибающим моментом (рис. 4.16).

Рис. 4.16.

.